Diseño de un cargador de baterías de alta frecuencia

ESCUELA POLITÉCNICA SUPERIOR UNIVERSIDAD DE BURGOS

DISEÑO DE UN CARGADOR DE BATERÍAS DE ALTA FRECUENCIA

INGENIERÍA TÉCNICA INDUSTRIAL ELECTRÓNICA

AUTOR:

Guzmán Moreno Román

TUTOR:

Carmelo Lobo de la Serna

JUNIO DE 2013

INGENIERÍA TÉCNICA INDUSTRIAL

“DISEÑO DE UN CARGADOR DE BATERÍAS DE ALTA FRECUENCIA”

1 de 2 Índice

1

ÍNDICE

1. Memoria................................................................................................................... 3 1.1. Memoria Descriptiva........................................................................................ 4

Antecedentes y objetivo del proyecto ........................................................... 6 Descripción del entorno ................................................................................ 7 Descripción y justificación de la solución adoptada ..................................... 8 Presupuestos................................................................................................ 22 Condiciones de ejecución............................................................................ 22 Bibliografía ................................................................................................. 22

1.2. Anejos a la Memoria ...................................................................................... 24 Anejo Estudio sobre el estado del arte ........................................................ 25 Anejo de cálculos ........................................................................................ 76 Anejo de diseño de la etapa de potencia ................................................... 104 Anejo de diseño de la etapa de control...................................................... 126 Anejo de justificación de precios .............................................................. 175

2. Planos................................................................................................................... 189 2.1. Plano 1 de 12: Convertidor CA/CC con corrección activa del factor de

potencia y CC/CC resonante (esquemático) ............................................. 191 2.2. Plano 2 de 12: Convertidor CC/CC generador de los pulsos de corriente para

la batería (esquemático) ............................................................................ 192 2.3. Plano 3 de 12: Circuito de control basado en dsp (esquemático) ................ 193 2.4. Plano 4 de 12: fuente de alimentación para los circuitos de control

(esquemático) ............................................................................................ 194 2.5. Plano 5 de 12: Convertidor CA/CC con corrección activa del factor de

potencia y CC/CC resonante (placa de circuito impreso) ......................... 195 2.6. Plano 6 de 12: Convertidor CA/CC con corrección activa del factor de

potencia y CC/CC resonante (situación de componentes) ........................ 196 2.7. Plano 7 de 12: Convertidor CC/CC generador de los pulsos de corriente para

la batería (placa de circuito impreso) ........................................................ 197 2.8. Plano 8 de 12: Convertidor CC/CC generador de los pulsos de corriente para

la batería (situación de componentes) ....................................................... 198 2.9. Plano 9 de 12: Circuito de control basado en dsp (placa de circuito

impreso)............. ....................................................................................... 199 2.10. Plano 10 de 12: Circuito de control basado en dsp

(situación de componentes)....................................................................... 200 2.11. Plano 11 de 12: fuente de alimentación para los circuitos de control (placa de

circuito impreso) ....................................................................................... 201 2.12. Plano 12 de 12: fuente de alimentación para los circuitos de control (situación

de componentes) ....................................................................................... 202 3. Presupuesto .......................................................................................................... 203

3.1. Introducción ................................................................................................. 205 3.2. Mediciones ................................................................................................... 205 3.3. Cuadro de Precios Nº 1 ................................................................................ 206 3.4. Cuadro de Precios Nº 2 ................................................................................ 207 3.5. Presupuesto de Ejecución Material .............................................................. 208



2 de 2 Índice

2

3.6. Presupuesto de Ejecución por Contrata........................................................ 209 4. Pliego de condiciones .......................................................................................... 210

4.1. Pliego de prescripciones técnicas generales................................................. 212 Objetivo del pliego de condiciones ........................................................... 212 Descripción general del montaje............................................................... 212 Condiciones económicas........................................................................... 213

4.2. Pliego de prescripciones técnicas particulares ............................................. 216 Condiciones de los materiales y equipos .................................................. 216 Condiciones en la ejecución...................................................................... 217 Descripción del proceso ............................................................................ 218 Condiciones facultativas ........................................................................... 222

5. Bibliografía .......................................................................................................... 224



Memoria

3

1. MEMORIA



1 de 20 Memoria Descriptiva

4

1.1. MEMORIA DESCRIPTIVA




5

MEMORIA DESCRIPTIVA

Antecedentes y objetivo del proyecto ........................................................... 6 Encargo y contratación............................................................................... 6 Composición del Equipo Redactor ............................................................ 6 Objeto del proyecto.................................................................................... 6

Descripción del entorno ................................................................................ 7 Descripción y justificación de la solución adoptada ..................................... 8 Presupuestos................................................................................................ 22 Condiciones de ejecución............................................................................ 22 Bibliografía ................................................................................................. 22




6

Antecedentes y objetivo del proyecto

Encargo y contratación

El proyecto de título “Diseño de un cargador de baterías de alta frecuencia” tiene

como finalidad la realización del Proyecto de Fin de Carrera que la legislación exige

para conseguir el título de Ingeniero Técnico Industrial.

Composición del Equipo Redactor

La realización del presente Proyecto de Fin de Carrera, así como todos los cálculos,

planos y diseños que en él se incluyen, han sido elaborados por Guzmán Moreno

Román.

Objeto del proyecto

Los circuitos y equipos electrónicos incluyen, cada vez con mayor frecuencia,

baterías para el almacenamiento de energía como componentes necesarios para la

realización de sus funciones. A modo de ejemplo se pueden citar los siguientes

equipos:

Vehículos eléctricos autónomos

Sistemas de alimentación ininterrumpida (SAI)

Acondicionadores de línea con funciones de suministro durante los cortes

Fuentes de alimentación para ordenadores y otros instrumentos portátiles

Centrales solares fotovoltaicas

La batería es un dispositivo que convierte la energía química contenida en los

materiales activos en energía eléctrica por medio de reacciones electroquímicas de

oxidación y reducción.

Las baterías pueden clasificarse atendiendo a muy distintos aspectos. Un aspecto

muy importante es el de la posibilidad de recarga. Se denomina baterías primarias a

las que no admiten recarga eléctrica y son desechadas cuando se agota su material

activo. Se denomina baterías secundarias o acumuladores a las que sí admiten

recarga eléctrica, gracias a que las reacciones electroquímicas que las fundamentan

son reversibles. [1]

El objetivo de este proyecto es diseñar un cargador para la batería comercial

“Evolion” de la marca “Saft” de tensión nominal 48V y 74Ah de capacidad que sea




7

respetuoso con la batería, esto es, que cargue la batería de la manera menos

perjudicial para la misma.

Descripción del entorno

El presente proyecto está destinado a desarrollar una solución a la carga de una

batería comercial de ion litio de manera que el proceso de carga de la batería degrade

lo menos posible a la misma, prolongando al máximo la vida útil de la batería.

Un cargador de baterías es, en general, un convertidor de energía que toma la misma

con unas propiedades determinadas (en el caso del presente proyecto se parte de una

red eléctrica de corriente alterna de 230 V eficaces y una frecuencia de 50 Hz) y

adecúa las propiedades de esa energía tomada a las características necesarias para

cargar la batería.

Para desarrollar un convertidor de energía eléctrica deben tenerse en cuenta

principalmente 3 aspectos:

1. Qué se quiere obtener a la salida.

En el caso del presente proyecto, se trata de determinar cómo se quiere

que sea la corriente a la salida, pues la forma de la corriente de salida del

convertidor (la corriente que carga la batería) es el parámetro más

influyente en el proceso de carga.

2. Características del suministro de energía eléctrica.

En el caso del presente proyecto se parte de una red eléctrica de corriente

alterna monofásica de 230 V eficaces y una frecuencia de 50 Hz.

Debe tenerse en cuenta que lo más habitual es que a la misma red estén

conectados más receptores, con los que podrá interferir, así como con

otros aparatos o elementos del entorno, por lo que el convertidor que se

diseñe debe cumplir las normas de compatibilidad electromagnética:

El cargador debe estar preparado para no causar interferencias en el

buen funcionamiento de otros aparatos conectados a la misma red o de

su entorno.




8

El cargador debe estar preparado para recibir ciertos niveles de

interferencias provenientes de otros receptores conectados a la misma

red o de su entorno.

3. Rendimiento:

Maximizar la eficiencia del proceso para cargar la batería con el menor

consumo energético posible.

Descripción y justificación de la solución adoptada

Si se tienen en cuenta los aspectos que se han indicado en el apartado Descripción

del entorno, se parte de una red de suministro eléctrico de 230 V eficaces a una

frecuencia de 50 Hz, mientras que la corriente necesaria para cargar la batería no

tiene las mismas características que la que puede suministrar la red por sí misma, así

que surge la necesidad de utilizar un convertidor de energía eléctrica.

Una vez se conoce la necesidad de utilizar un convertidor de energía eléctrica se

debe determinar cómo debe ser la corriente que se busca a su salida, pues de acuerdo

con [2], la carga de la batería es el aspecto más importante en los sistemas de gestión

de baterías; por lo que debe elegirse el modo de carga más adecuado.

Para maximizar el rendimiento de una batería recargable el régimen de carga debiera

colaborar con el proceso electroquímico para asegurar una alta y uniforme

concentración de iones en el electrodo que está consumiendo iones. Hay varias

técnicas utilizadas en las propuestas convencionales para cargar baterías.



6 de 20

Atendiendo a los distintos sistemas de control, se pueden diferenciar varios modos de

carga, que se evalúan comparativamente en el Anejo Estudio sobre el estado del arte,

pudiendo quedarse como resumen de dicho anejo la Tabla 1-1.

Tabla 1-1 Comparativa de los distintos modos de carga

Modo de carga Forma de i(t) Respeto a

la batería

Tiempo

de carga

Corriente constante Ninguno

[3]

Alto

[3]

Tensión constante Ninguno

[3]

Medio

[3]

Corriente constante /

tensión constante

Poco

[3]

Medio

[3]

Carga a pulsos con un

único pulso de descarga

intercalado en el tiempo

de descanso

Medio

[3]

Bajo

[3]

Carga a pulsos con

varios pulsos de

descarga intercalados en

el tiempo de descanso

Bueno

[3]

Bajo

[3]

Memoria Descriptiva

9




10


la batería

Tiempo

de carga



sin tiempo de descanso

Malo

[4] Bajo



intercalado en el pulso

de carga con tiempo de

descanso

Bueno Bajo

[5] [5]

Como se justificará en el Anejo Estudio sobre el estado del arte, se elige el último

sto en la Tabla 1-1, que se puede ver más detalladamente en la

rse una carga respetuosa con la batería y po d a

método de carga expue

Figura 1-1, por obtene

bajo.

un tiem e carg

ibat

t0 A

Ibat media

T

ibatIcarga

Tcarga

Tdescarga

Tdescanso

Idescarga

Figura 1-1 Forma de la corriente que carga la batería en el modo de carga elegido

Una vez se ha determinado la forma de la corriente de salida del cargador, se puede

comprobar en la Figura 1-1 que se debe suministrar una corriente continua a la

batería (Ibat media), así que si se parte de una corriente alterna monofásica y se debe

suministrar una corriente continua, surge la necesidad de utilizar un convertidor

CA/CC (que convierte corriente alterna en corriente continua).




11

Para llevar a cabo la conversión de corriente alterna a corriente continua debe tenerse

en cuenta la forma de la corriente de salida, pero también debe evaluarse cómo es la

corriente que demanda a la red el cargador para no inyectar armónicos de corriente

en la red, que como se verá en el Anejo Estudio sobre el estado del arte, está limitado

por normativa.

En el caso de este proyecto se partirá de una alimentación de corriente alterna, por lo

que las 2 tareas principales del cargador serán:

1. Convertir la corriente alterna de la red en corriente continua tal como necesita

s de la Figura 1-2.

la batería para poder ser recargada.

2. Posteriormente, el sistema de control del cargador establecerá los niveles de

tensión y corriente a fin de cumplir con unos requisitos determinados de

potencia de carga, tiempo de recarga, etc.

Para que el cargador lleve a cabo estas 2 tareas es posible realizar la conversión de

energía en una única etapa, obteniéndose el diagrama de bloque

Figura 1-2 Diagrama de bloques de un cargador de baterías desde una red de CA en 1 etapa

También es posible realizar la conversión de energía en más de una etapa,

obteniendo el diagrama de bloques de la Figura 1-3.

Figura 1-3 Diagrama de bloques de un cargador de baterías desde una red de CA en más de una

etapa

Realizar la conversión en una etapa suele dar lugar a cargadores con menos

componentes, más sencillos y baratos de fabricar pero con menos prestaciones que

los de varias etapas.




12

Dado que el cargador que se pretende realizar en el presente proyecto es de una

potencia superior a 1 kW, se opta por una topología como la de la Figura 1-3.

Un problema habitual en los convertidores CA/CC sin corrección del factor de

potencia es la elevada Tasa de Distorsión Armónica, por sus siglas en inglés, THD,

de la corriente que demandan de la red, Figura 1-4.

Figura 1-4 Rectificador de conmutación paralela doble monofásico con filtro por

condensador:(a) circuito, (b) sus principales formas de onda

Este problema no es muy grande en potencias pequeñas, pero en potencias elevadas,

como es el caso del presente proyecto, hace que el cargador incumpla las normas de

compatibilidad electromagnética, de modo que es imprescindible llevar a cabo una

corrección del factor de potencia para que la corriente demandada a la red sea lo más

parecida posible a una sinusoide, como lo es la tensión de suministro.

Para la conversión CA/CC en el caso concreto del cargador de baterías sobre el que

trata este proyecto, se tienen los siguientes condicionantes:

Para dar cumplimiento a la normativa se debe llevar a cabo la conversión

CA/CC con corrección del factor de potencia.

o Se descartan todas aquellas soluciones sin corrección del fdp.




13

Principalmente hay 4 estrategias posibles para corregir el factor de potencia de un

receptor:

1. Filtros pasivos

2. Filtros activos

3. Convertidores CA/CC en 2 etapas (y múltiples variantes)

4. Convertidores CA/CC en 1 etapa (y múltiples variantes)

La corrección pasiva es poco tolerante a los cambios en la carga y el consumo de un

cargador de baterías a lo largo del tiempo varía mucho:

Se descarta la corrección del factor de potencia mediante elementos pasivos.

La corrección activa del factor de potencia se hace utilizando convertidores

conmutados. En general, la corrección activa del factor de potencia da mejores

resultados en cuanto a la calidad de la onda de corriente demandada de la red

(prácticamente sinusoidal y con factor de potencia próximo a 1).

Caracte

o Soluciones generalmente menos robustas que las pasivas.

A, lo que hace que la

etapa y sus variantes, puesto

s a la conversión CA/CC en 2 etapas, excepto los filtros pasivos, suponen

s:

el factor de potencia.

rísticas generales de la corrección activa del factor de potencia:

Ventajas:

o Corriente demandada a la red prácticamente sinusoidal.

o Factor de potencia próximo a 1.

Desventajas:

o Soluciones generalmente más costosas que las pasivas.

Según las indicaciones del fabricante de la batería, ésta se carga a una tensión de

56 V y, en el momento de mayor consumo demanda 32

potencia de salida en el momento de mayor consumo sea de 2.352 W.

Se descarta la conversión CA/CC en una sola

que son adecuadas hasta unos 300W de potencia.

Para obtener una corriente de línea aproximadamente sinusoidal, todas las

alternativa

el uso de 2 convertidore

1. Prerregulador d

2. Convertidor CC/CC.




14

ncia o, a priori, cualquiera de

Si está adecuadamente dimensionado, en un CA/CC de 2 etapas éstas pueden

ablemente, la

A/CC en 2 etapas sea la topología más flexible de todas las vistas.

Si, adem liza:

Teniendo en cuenta los puntos anteriores, parece que las mejores alternativas son la

conversión en 2 etapas con corrección del factor de pote

sus alternativas.

A lo largo del proceso de carga de la batería ésta necesita corriente continua, pero no

siempre de las mismas características, por lo que se necesita un convertidor

suficientemente flexible como para poder suministrar a la batería el tipo de corriente

continua que necesita.

considerarse prácticamente independientes, lo que hace que, prob

conversión C

ás de la flexibilidad en el diseño, se ana

Potencia

Coste

Complejidad

Puede que la opción más adecuada para el cargador de baterías sobre el que trata este

proyecto sea un convertidor CA/CC en 2 etapas (prerregulador del factor de potencia

+ CC/CC, Figura 1-5).

Etapa para la corrección del

o PFP)

factor de potencia(prerregulador del factor de potencia

ConvertidorCC/CCC

Vred VC

+

−

Control Control

Figura 1-5 Diagrama de bloques de un convertidor CA/CC en 2 etapas

Como se justifica en el Anejo Estudio sobre el estado del arte, se elige como etapa

correctora del factor de potencia el convertidor elevador entrelazado, Figura 1-6, que

consiste en 2 convertidores elevadores en paralelo operando desfasados 180º.



12 de 20

Figura 1-6 Convertidor elevador entrelazado

Para la adaptación de la corriente continua que suministra este convertidor se elige

pues para una misma potencia aparente se tiene que el

transformador de alta frecuencia es mucho menos voluminoso, pesado y caro.

Como se justifica en el Anejo Estudio sobre el estado del arte, para esta segunda

etapa se ha elegido una variante de la Topología LLC resonante [6], Figura 1-7,

porque puede que sea la más adecuada para implementar un cargador de baterías,

pues tolera bastante bien amplias variaciones de carga, lo que ocurrirá en un cargador

de baterías cuando la batería se vaya cargando.

una segunda etapa con aislamiento galvánico mediante un transformador de alta

frecuencia, pues es muy ventajoso respecto a un transformador que funciona a una

frecuencia de 50 Hz,

Figura 1-7 Topología LLC resonante [6]

Finalmente, para generar los pulsos de corriente en la batería que se indicaron en la

Figura 1-1 Forma de la corriente que carga la batería en el modo de carga elegido, se

ha optado por la topo logía más sencilla e

inmediata para este fin.

logía de la Figura 1-8 por ser la topo

Memoria Descriptiva

15




16

QA DA

QB DB

VDC

+IB

t

IB

−

Figura 1-8 Cargador a pulsos regenerativo utilizando un convertidor elevador-reductor

Una vez elegida la topología de cada uno de los convertidores, debe obtenerse un

modelo matemático de cada uno de ellos para poder controlarlos, lo que se hace en el

Anejo de cálculos.

En el Anejo de cálculos se lleva a cabo en primer lugar una breve revisión de las

técnicas de modelado, pues hay varias formas de modelar los convertidores, cada una

con sus ventajas e inconvenientes. Para el caso del presente proyecto se ha optado

por una técnica de promediado para el modelado de los convertidores por ser una

técnica no muy complicada y que permite una mejor comprensión de la física del

convertidor con respecto a otras técnicas de modelado.

Una vez se ha obtenido un modelo matemático del sistema a controlar en el Anejo de

cálculos, en el Anejo de diseño de la etapa de potencia alizan los cálculos para

determinar las exigencias a los semiconductores y elementos pasivos que se

en el Anejo de diseño de la etapa de potencia la topología

empleada y los semiconductores seleccionados para el primer convertidor, el

rectificador con corrección activa del factor de potencia, Figura 1-9.

La topología finalmente seleccionada para el convertidor CC/CC resonante con

aislamiento galvánico mediante transformador de alta frecuencia y los

semiconductores seleccionados se presenta en la Figura 1-10.

se re

utilizarán para implementar cada convertidor, así como los relés para la conexión y

desconexión y los drivers para todos los transistores empleados.

Finalmente se presenta




17

Figura 1-9 Converti

dor CA/CC con corrección activa del factor de potencia

325.

27V

pk50

Hz

Vre

d

iL

RL2

Rpa

r 0.6

m

RLi

Rpa

r

n 30u

RLi

mita

dora

Rel

eArr

anqu

e

2m Co_

PF

C

Rpa

r

VcP

FC

_Sen

sor

Fai

rchi

ld S

BD

1

emic

ondu

ctor

MU

R86

0

Vre

dVab

s

Psw

BD

1

Pco

ndB

D1

Fai

rchi

ld S

BD

2

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ondu

ctor

MU

R86

0

Psw

BD

2

Pco

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D2

Fai

rc

BD

3 hild

Sem

icon

duct

or M

UR

860

Psw

BD

3

Pco

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Fai

rchi

BD

4

ld S

emic

ondu

ctor

MU

R86

0

Psw

BD

4

Pco

ndB

D4

Infin

eon

SK

W15

IGB

T01

N60

Pco

ndIG

BT

01

Psw

IGB

T01

Pco

ndD

_IG

BT

01

Psw

D_I

GB

T01

RL3

0.6m

Rpa

r

Infin

eon

SK

W15

N60

IGB

T02

Pco

ndIG

BT

02

Psw

IGB

T02

Pco

ndD

_IG

BT

02

Psw

D_I

GB

T02

Inte

rnat

iona

l Rec

tifie

rs R

UR

P15

60

D2

Inte

rnat

iona

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rs R

UR

P15

60

Pco

ndD

1

Pco

ndD

2

Psw

D1

Psw

D2

Rel

eAlim

enta

cion

Gra

l



15 de 20

1000

u

1m

RC

o

Memoria Descriptiva

18

Figura 1-10 Convertidor CC/ dor CC resonante con aislamiento galvánico mediante transforma

de alta frecuencia

Rse

c1

1R

LdR

Cs

RC

p

IXY

S IX

FN

132N

50P

3M

sft0

1

Pco

ndM

sft0

1

Psw

Msf

t01

Pco

ndD

_Msf

t01

Pco

ndD

_Msf

t01

IXY

S IX

FN

132N

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sft0

2

Pco

ndM

sft0

2

Psw

Msf

t02

Pco

ndD

_Msf

t02

Pco

ndD

_Msf

t02

IXY

S IX

FN

132N

50P

3M

sft0

3

Pco

ndM

sft0

3

Psw

Msf

t03

Pco

ndD

_Msf

t03

Pco

ndD

_Msf

t03

IXY

S IX

FN

132N

50P

3M

sft0

4

Pco

ndM

sft0

4

Psw

Msf

t04

Pco

ndD

_Msf

t04

Pco

ndD

_Msf

t04

Fai

rchi

ld S

emic

ondu

ctor

RU

RG

3060

D01

Psw

D01

Pco

ndD

01

D02

Fai

rchi

ld S

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ondu

ctor

RU

RG

3060

Psw

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Pco

ndD

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Fai

rchi

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ondu

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RU

RG

3060

D03

Psw

D03

Pco

ndD

03

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RU

RG

3060

D04

Psw

D04

Pco

ndD

04

VoM

ed

Itank

Co_

PF

C

Rpa

r

2m

+ -VT

ank




19

Por últim para el

convertidor CC/CC que genera los pulsos de corriente por la batería se presenta en la

Figura 1-13.

o, la topología seleccionada y los semiconductores seleccionados

ESRbat

Isen

RL1

300uRpar

Semikron SKM300GA12E4


PcondIGBT01

PswIGBT01

PcondD_IGBT01

PswD_IGBT01

PcondIGBT02

PswIGBT02

PcondD_IGBT02

PswD_IGBT02Vbat

ReleBateria

Vsen

Batería deion litioSaft Evolion

1mRCo

1000u

Figura 1-11 Convertidor CC/CC que suministra una corriente a pulsos a la batería

Para implementar el control se ha escogido el DSP de Texas Instruments TI F28335

debido a que sus recursos se adaptan muy bien a las necesidades de control en

electrónica de potencia (por ejemplo, dispone de generadores PWM) además de

disponer de un conversor analógico-digital con canales suficientes para la aplicación

así como un bajo tiempo de conversión (80ns), pudiendo llegar a frecuencias de

muestreo suficientemente altas para la aplicación (dependiendo del número de

canales utilizados, a más canales utilizados menor podrá ser la frecuencia de

muestreo para cada uno de ellos).

La programación se ha llevado a cabo de manera gráfica mediante la aplicación

PSIM, haciendo uso de la aplicación SimCoder, que, partiendo de un circuito de

control implementado con cierto tipo de circuitos discretos (puertas lógicas,

integradores, fuentes de tensión constante, multiplexores…) es capaz de generar el

código C para un DSP. Todos los archivos necesarios para la grabación del programa

en el DSP están contenidos en el CD-Rom adjunto al presente proyecto.




20

En el Anejo de diseño de la etapa de control también se calculan todos los sensores

necesarios para implementar el control del sistema, así como la fuente de

alimentación adecuada para los circuitos de control.

Del diseño llevado a cabo se obtiene un cargador que demanda una corriente de la

red en condiciones nominales (obtenida mediante simulación) como la de la Figura

1-12.

Figura 1-12 Corriente dema yecto

0.3

60

.37

0.3

80

.39

0.4

Tim

e (

s)

0

-10

-20

10

20

I(R

Lin

)

ndada a la red por el cargador diseñado en el presente pro




21

E

bastante a una sinusoide, lo que ha distorsión armónica sea baja, tal

la corriente demandada en condiciones nominales por el cargador

diseñado en el presente proyecto se obtienen las siguientes condiciones nominales:

1. Tensión de alimentación:

Alterna 230 V eficaces

Frecuencia 50 Hz

2. Corriente demandada a la red en régimen nominal:

9,97 A eficaces

n la Figura 1-12 se puede apreciar que la corriente demandada a la red se asemeja

ce que la tasa de

y como se pretende.

A partir de

rms 1

1

I ITHD 0.09918

I

demandada a la red y siendo

, siendo Irms el valor eficaz de la corriente

I1 el valor eficaz del armónico fundamental

de la corriente, en este caso el valor eficaz del armónico a 50 Hz.

Potencia aparente (calculada como S=Veficaz∙Ieficaz): 2.292,5 VA

Potencia activa (calculada como el valor medio de Vred∙Ired): 2.278 W

Factor de potencia (calculado como P/S): 0.994




22

requerida de cada una de ellas

para la completa ejecución del mismo.

Presupuestos

En el Anejo de justificación de precios se detallan las Unidades de Obra que

componen el presente proyecto, así como las diferentes Partidas Alzadas. Las

mediciones se detallan en el documento Presupuesto, en la parte de Mediciones. En

la Tabla 1-2 se presentan todas las Unidades de Obra y Partidas Alzadas que

componen el presente proyecto así como la cantidad

Tabla 1-2 Mediciones

Designación de la unidad

Nombre Volumen parcial

Volumen total

Unidad de Obra nº 1 Convertidor CA/CC con corrección activa del factor de potencia y CC/CC resonante

1 1

Unidad de Obra nº 2 Convertidor CC/CC generador de los pulsos de corriente para la batería

1 1

Unidad de Obra nº 3 Circuito de control basado en DSP 1 1

Unidad de Obra nº 4 Fuente de alimentación para circuitos de control

1 1

Partida Alzada nº 1 Otros materiales 1 1 Partida Alzada nº 2 Diseño del Sistema 1 1

El Presupuesto de Ejecución Material asciende a la cantidad de siete mil ciento

setenta y dos euros con doce céntimos, 7.172,12€.

El Presupuesto de Ejecución por Contrata asciende a diez mil quinientos euros con

setenta céntimos, 10.500,70€.

Condiciones de ejecución

Las prescripciones técnicas que debe tener en cuenta el contratista para la ejecución

de las obras serán las fijadas en el Pliego de prescripciones técnicas particulares.

Bibliografía

[1] S. Martínez García and J. A. Gualda Gil, "Electrónica de potencia : componentes, topologías y equipos," 1ª , 2ª reimp. ed Madrid etc.: Thomson-Paraninfo, 2008, pp. 279-292.

[2] (02/10/2012). Battery and Energy Technologies Website [Online]. Available: http://www.mpoweruk.com/

[3] R. C. Cope and Y. Podrazhansky, "The art of battery charging," in Battery Conference on Applications and Advances, 1999. The Fourteenth Annual, 1999, pp. 233-235.




23

[4] F. Savoye, P. Venet, M. Millet, and J. Groot, "Impact of Periodic Current Pulses on Li-Ion Battery Performance," Industrial Electronics, IEEE Transactions on, vol. 59, pp. 3481-3488, 2012.

[5] J. Li, E. Murphy, J. Winnick, and P. A. Kohl, "The effects of pulse charging on cycling characteristics of commercial lithium-ion batteries," Journal of Power Sources, vol. 102, pp. 302-309, 2001.

[6] K. Jong-Soo, C. Gyu-Yeong, J. Hye-Man, L. Byoung-Kuk, C. Young-Jin, and H. Kyu-Bum, "Design and implementation of a high-efficiency on- board battery charger for electric vehicles with frequency control strategy," in Vehicle Power and Propulsion Conference (VPPC), 2010 IEEE, 2010, pp. 1-6.

En Burgos, a 8 de julio de 2013

Fdo. Guzmán Moreno Román



moria Anejos a la Me

24

1.2. RIA

ANEJOS A LA MEMO



e 1 de 51 Anejo Estudio sobre el estado del art

25

Anejo Estudio sobre el estado del arte



e 2 de 51 Anejo Estudio sobre el estado del art

26

........................................................................................ 27

........................................... 29

corrección del factor de

ANEJO ESTUDIO SOBRE EL ESTADO DEL ARTE

Introducción .....Modos de carga ........................................................................................ 27

Corriente constante............................................................................. 27 Tensión constante............................................................................... 28 Corriente constante / tensión constante...Carga a pulsos .................................................................................... 30

Comparativa de los distintos modos de carga.......................................... 34 Cargador................................................................................................... 35

Cargadores alimentados desde CA sin potencia ........................................................................................... 36

Cargadores alimentados desde CA con corrección del factor de potencia ........................................................................................... 44

Conclusiones ...................................................................................... 68 Bibliografía .............................................................................................. 73



Anejo Estudio sobre el estado del arte 3 de 51

27

Introducción

Actualmente, los tipos de baterías comerciales funcionan según el mismo principio

básico de proceso electroquímico:

Cuando una batería está descargada, su proceso electroquímico interno resulta

en la transferencia de iones de un electrodo a otro a través del electrolito.

Cuando una batería está cargada, el proceso se invierte y los iones viajan el

sentido contrario.

Durante este proceso electroquímico, cada electrodo experimenta una reacción

química que genera esos iones en un electrodo y consume los iones en el electrodo

opuesto. Lo bien que este proceso es llevado a cabo tiene un impacto significativo en

el rendimiento global de la batería.

De acuerdo con [2], la carga de la batería es el aspecto más importante en los

sistemas de gestión de baterías.

as de carga,

ependiendo de la química de la batería. Como consecuencia de la diversidad en los

as de baterías y sus aplicaciones, los algoritmos de carga son también variados.

Por ejemplo, algunos algoritmos de carga son adecuados para cargadores solares,

otros lo son para cargadores de baterías de una sola química, mientras que otros son

apropiados para cargadores de baterías de varias químicas. [7]

Para maximizar el rendimiento de una batería recargable el régimen de carga debiera

colaborar con el proceso electroquímico para asegurar una alta y uniforme

concentración de iones en el electrodo que está consumiendo iones. Hay varias

técnicas utilizadas en las propuestas convencionales para cargar baterías.

Atendiendo a los distintos sistemas de control, se pueden diferenciar varios modos de

carga:

Corriente constante

Se inyecta una corriente constante durante la carga de la batería hasta que la tensión

alcanza su valor límite superior. Se puede ver la evolución a lo largo del tiempo de la

corriente inyectada a la batería y de la tensión en bornes de la misma cuando la

batería es cargada a corriente constante en la Figura 1-13.

Modos de carga

La carga puede ser entregada a la batería según diferentes esquem

d

sistem



de 51

corriente a lo largo del tiempo cuando la batería seFigura 1-13 Tensión y carga a corriente

constante

os cargadores a corriente constante no optimizan el rendimiento de la batería, en

ministro de carga a la batería se hace de

anera que las reacciones químicas estén localizadas en la superficie del electrodo

].

ensión constante

plicando una tensión constante, la corriente fluye hacia la batería comenzando por

eros instantes de la carga, donde la batería se

ncuentra prácticamente descargada y disminuyendo dicha corriente de carga

conforme el estado de carga va aumentando. Se puede ver la evolución a lo largo del

do

L

este tipo de cargadores suele ocurrir que el su

m

[3

T

A

valores altos de corriente para los prim

e

tiempo de la tensión aplicada a la batería y de la corriente que ésta demanda cuan

es cargada a tensión constante en la Figura 1-14.

y corriente a lo largo del tiempo cuando la bateríFigura 1-14 Tensión a se carga a tensión

constante

La ventaja de este método es que la carga es más rápida que a corriente constante.

Sin embargo, este modo de carga tampoco tiene en cuenta los procesos

electroquímicos en el interior de la batería, resultando en significativos efectos

negativos a largo plazo. Los altos valores de corriente causarán desviaciones

significativas en las concentraciones de iones entre los electrodos. [3]

Los circuitos requeridos para cargar una batería a tensión constante son más sencillos

que los necesarios para cargar una batería a corriente constante.

Anejo Estudio sobre el estado del arte 4

28



de 51 Anejo Estudio sobre el estado del arte 5

29

Corriente

Una varian

constante /

El ciclo de car

1. Se com

alca

2. A p

corriente

3. Cuando do, la

carga fi

fugas de la batería. La tensión se disminuye a un valor tal que se

compensen las fugas de la batería para que esta no se vaya descargando

lentamente con el transcurso del tiempo.

El régimen de flotación se mantiene permanentemente hasta que tiene

lugar la siguiente descarga de la batería.

Se puede ver la evolución a lo largo del tiempo de la tensión en bornes de la batería y

la corriente absorbida por la batería en la Figura 1-15.

constante / tensión constante

te del modo de carga a corriente constante es el modo de carga “corriente

tensión constante”.

ga en este modo es el siguiente:

ienza con una alta corriente constante hasta que la tensión de la batería

nza un valor de tensión determinado.

arti te y la r de entonces se pasa a alimentar la batería a tensión constan

se reduce.

el valor de la corriente alcanza un valor mínimo determina

aliza, pasándose al régimen de flotación. n

nEste régime no es propiamente de carga, sino de compensación de las

15 Tensión y corriente a lo largo del tiempo cuando la batería se carga a cFigura 1- orriente

constante / tensión constante

Este modo de carga disminuye el valor de la corriente en la fase final de la carga

cuando menos superficie del electrodo de la batería está disponible para reaccionar y

la de los concentración total de iones puede ser menor. Este modo de carga adolece



de 51 Anejo Estudio sobre el estado del arte 6

30

mas en un grado ligeramente menor que el régimen de carga

te en

ilisegundos. Se puede ver la evolución a lo

mismos proble

constante. [3]

Carga a pulsos

Este modo de carga incrementa la eficiencia del proceso de carga dirigiéndose al

proceso químico que tiene lugar en el interior de la batería. La técnica consis

aplicar un pulso de corriente a la batería de hasta 1 segundo de duración seguido de

un periodo de descanso de no-carga de m

largo del tiempo de la corriente absorbida por la batería en la Figura 1-16.

ibat

T

ibatIbat media

0 A t

Tcarga Tdescanso

e descanso

seguido de un pulso de descarga de muy corta duración, aproximadamente 2’5 veces

se repite. En la Figura 1-17 se puede ver la forma de la corriente a través de

l tiempo en este tipo de carga.

Figura 1-16 Corriente a lo largo del tiempo cuando la batería se carga con una corriente a pulsos (no dibujado a escala)

Interrumpir periódicamente la carga permite a los iones difundirse y distribuirse más

homogéneamente por toda la batería. Permitiendo que la concentración iónica vuelva

a niveles normales cíclicamente, los efectos negativos que se observan en la carga a

corriente constante se minimizan. [3]

Carga a pulsos con un único pulso de descarga intercalado en el tiempo de descanso

Una variante del método de carga a pulsos consiste en añadir un pulso de descarga en

el período de descanso. Después del pulso de carga hay un breve período d

la magnitud del pulso de carga. Esto es seguido de otro periodo de descanso y el

proceso

la batería a lo largo de



de 51

ibat

t0 AIbat media

TTdescanso2


31

Tcarga

Tdescanso1

Tdescarga ibatIcarga

Idescarga carga≈ 2'5∙I Figura 1-17 Forma de la corriente por la batería a lo largo del tiempo en el modo de carga a

pulsos con pulso de descarga

La incorporación de un pulso negativo (de descarga) acelera el alcance del equilibrio

de la concentración de iones y aborda algunos de los efectos negativos causados por

periféricas. El incremento de velocidad a la que la batería vuelve

ite una mayor eficiencia en la carga y mejora el

Carga a pulsos con varios pulsos de descarga intercalados en el tiempo de descanso

Aplicando varios pulsos negativos de corta duración con una mucha mayor magnitud

se evitan los efectos negativos potenciales de un único pulso y reporta importantes

beneficios para todos los tipos de química en baterías. El mejor equilibrado de la

concentración de iones conduce a un proceso de carga más eficiente, que soportará

una os

de carga menores. Una probable form rriente así descrita en [3] se indica en

reacciones químicas

a las condiciones de equilibrio perm

rendimiento de la batería.

La limitación con un único pulso negativo es que si éste es aplicado durante

demasiado tiempo, pueden ocurrir efectos negativos. Estos efectos incluyen excesiva

descarga de la batería, lo que aumenta el tiempo de carga y causa problemas en el

transporte de iones en la dirección de la descarga.

corriente de carga mucho mayor. Esta alta corriente de carga posibilitará tiemp

a de la co

la Figura 1-18.



de 51

ibat


32

t0 A

Ibat media

T

ibat

Icarga

Idescarga


n [8] se concluye que el

se

pu

pr a permite a la batería obtener un

Re licación de un pulso de descarga

r a los pulsos de descanso que

Figura 1-18 i(t) por la batería en el modo de carga a pulsos con varios pulsos de descarga

Carga a pulsos con un único pulso de descarga

Una variante de la carga a pulsos consiste en intercalar pulsos de carga con pulsos de

ga, como se puede vedescar r en la Figura 1-19. En este patrón de carga se intercalan

pulsos de descarga más breves que los de carga, pues si fuesen más breves los de

carga la batería se descargaría en vez de cargarse. E

rendimiento en la descarga de una batería de ion Litio es mejor si la descarga es

guida después de una trayectoria de carga y viceversa. En este caso el perfil de

lsos conlleva una inversión regular de la dirección de la corriente. Durante un

oceso de descarga, la inserción de un pulso de carg

buen rendimiento en la descarga ya que viene de un proceso de carga.

cíprocamente, durante un proceso de carga, la ap

incrementa el futuro rendimiento de la batería ya que vendrá de un proceso de

descarga. Este razonamiento también se puede extende

también constituyen periodos que posibilitan la relajación.

Figura 1-19 Patrón de carga a pulsos carga-descarga

Lo s

experimentalmente en [4] va aparecen en la dicha Figura

en

s efectos del patrón de carga a pulsos de la Figura 1-19 han sido estudiado

riando los parámetros que

el rango que se indica en la Tabla 1-3.



de 51

Parámetro Rango de investigaciónIbat media 0’5C1 → 20C

T 10ms → 5s Tdescarga/T 1% → 10%

Idescarga 0 → - Ibat media Tabla 1-3 Rango de variación de los parámetros de carga a pulsos estudiados en [4]

er en la Tabla 1-3, se ha contemplado el caso en el que Idescarga toma

En [5] se propone un patrón de carga para baterías de ion Litio, que implica cortos

periodos de relajación y cortos pulsos de descarga durante la carga y parece útil en la

eliminación de la polarización de la concentración, aumentando la tasa de

transferencia de potencia y disminuyendo el tiempo de carga eliminando la necesidad

de carga a tensión constante en el modo de carga convencional. La carga a pulsos

interrumpe la carga con corriente continua con cortos periodos de relajación y cortos

períodos de descarga, y también mejora el uso de material activo en el interior de la

ba e

vida.

Como se puede v

el valor 0. En [4] se pone de relieve un impacto perjudicial de este sistema de carga a

pulsos en el rendimiento de la batería comparado con los perfiles de corriente

constante basados en una corriente media idéntica.

Carga a pulsos con un único pulso de descarga intercalado en el pulso de carga con tiempo de descanso

tería, dando a la batería una mayor capacidad de descarga y un mayor ciclo d

Figura 1-20 Patrón de carga a pulsos que involucran carga/descanso/descarga

1 La intensidad de carga o descarga a la que se somete una batería se expresa a veces como una proporción de su capacidad. Así se dice que a una batería de ca


pacidad C de 50 Ah se la somete a una descarga de 0’1 C cuando se extrae una intensidad de 5 A, por ser 0’1 x 50 = 5. Nótese que en este modo práctico de expresión existe una incoherencia de dimensiones físicas, pues las de C son cor emente cor

riente eléctrica por tiempo, mientras que la dimensión de la intensidad de descarga es simplriente eléctrica.

33



0 de 51 Anejo Estudio sobre el estado del arte 1

34

En [5] no se detallan los tiempos T, Tcarga, Tdescanso ni Tdescarga indicados en la Figura

1-20, ni siquiera si se sigue el patrón de carga de la Figura 1-20 (a) o (b), pero sí se

da el valor de los pulsos con los que se han realizado las pruebas: 1C carga – 1C

descarga y 0’5C carga – 1C descarga, habiéndose obtenido mejores resultados en el

último caso.

Comparativa de los distintos modos de carga


la batería

Tiempo

de carga

Ninguno

[3]

Alto

[3] Corriente constante

Ninguno Medio Tensión constante

[3] [3]

Poco

[3]

Medio

[3] Corriente constante /

tensión constante



intercalado en el tiempo

de descanso

Medio

[3]

Bajo

[3]




35


la batería

Tiempo

de carga

Carga a pulsos con

varios pulsos de

descarga intercalados en

el ti

Bueno

[3]

Bajo

[3] empo de descanso




Malo

[4] Bajo



intercalado en el pulso

de carga con tiempo de

descanso

Bueno

[5]

Bajo

[5]

Tabla 1-4 Comparativa de los distintos modos de carga

Cargador

Para recargar baterías son necesarios los cargadores, que adecúan las condiciones de

energía eléctrica a partir de las características de tensión y frecuencia de la red desde

donde se verterá la energía a la batería.

1. Si la red es de corriente continua se emplean reguladores de corriente

continua (CC/CC).

2. Si la red es de corriente alterna se emplean rectificadores (CA/CC).

Lo normal es que todo para grandes

potencias. En el caso de este proyecto se partirá de una alimentación de corriente

alterna, por lo que las 2 tareas principales del cargador serán:

la alimentación sea de corriente alterna, sobre




36

rol del cargador establecerá los niveles de

tensión y corriente a fin de cumplir con unos requisitos determinados de

potencia de carga

Para que el cargador lleve a cabo estas 2 ible realizar la conversión de

energía en una única etapa, obteniéndose loques de la Figura 1-21.

1. Convertir la corriente alterna de la red en corriente continua tal como necesita

la batería para poder ser recargada.

2. Posteriormente, el sistema de cont

, tiempo de recarga, et . c

tareas es pos

ma deel diagra b

Figura 1-21 Diagrama de bloques de un cargador de baterías desde una red de CA en 1 etapa

También es posible realizar la conversión de energía en más de una etapa,

obteniendo el diagrama de bloques de la Figura 1-22.

Figura 1-22 Diagrama de bloques de un cargador de baterías desde una red de CA en más de

una etapa

Realizar la conversión en una etapa suele dar lugar a cargadores con menos

componentes, más sencillos y baratos de fabricar pero con menos prestaciones que

los de varias etapas.

Cargadores alimentados desde CA sin corrección del factor de potencia

Cargadores alimentados desde CA sin corrección del factor de potencia en 1 etapa

Los cargadores más sencillos de una sola etapa constan únicamente de la etapa

CA/CC, es decir, un rectificador.




37

Limitación por resistencia

El más sencillo de todos es el de la Figura 1-23. Este tipo se usa para la carga de

baterías pequeñas (de algunos Ah).

e = Ep∙sen(ω∙t)+

−

D R

Ebat

+

−

ibatired

ered

+

−

Figura 1-23 Cargador de baterías con limitación por resistencia

El diodo conduce en los intervalos en los que e > Ebat, siendo el valor medio de la

intensidad de carga proporcional al área rayada en la Figura 1-24. La resistencia R

del circuito de la Figura 1-23 es para limitar ibat.

e

2∙πω∙t

ω∙t

Ebat

2∙π

ered

ired

Epibat

β

0

0

Formas de onda de v e i en el circuito de la Figu

con limitación de corriente por resistencia prese las sigu es

ventajas e inconvenientes:

Ventajas:

Figura 1-24

Este cargador

ra 1-23

nta ient

o Sencillo, utiliza muy pocos componentes.




38

o Económico.

e: pocos componentes pueden fallar.

Desventajas:

o Desde el punto de vista de la batería (parte de CC):

No es respetuoso con la batería.

Sin posibilidad de regulación de la tensión y corriente

aplicadas a la batería.

Cualquier variación en la tensión de CA (e en la t n

de la batería (Ebat) influye muy significativamente en la

intensidad de carga.

o Desde el punto de vista de la red (parte de CA):

La corriente demandada a la red se aleja mucho de una

inusoide, lo que provoca un elevado con n arm

red.

El factor de potencia bajo porque la corriente demandada de la

red dista mucho de ser una sinusoide.

ired tiene componente continua.

o Desde el punto de vista de los componentes:

El transformador funciona a la frecuencia de la red, 50 Hz en

Europa, que es baja, lo que hace que e orma

voluminoso, pesado y caro.

El transformador está sometido a corrientes con componente

continua, lo que puede provocar la saturación del núcleo

magnético.

a

.

o Fiabl

red) o ensió

s

en i

tenido e ónicos

l transf dor sea

Limitación por bobin

Su circuito es el de la Figura 1-25

Figura 1-25 Cargador de baterías con limitación por bobina (media onda)

En el cargador de la Figura 1-25 el rendimiento es mayor que en el cargador con

limitación por resistencia porque las pérdidas en la bobina son bajas (las del cobre y

las del hierro).



5 de 51

Áreas e


39

2∙πω∙t

Ebat

2∙π

ered

ired

Epibat

β

0

0

Ebat

γ

iguales

ω∙t1=β ω∙t2 ω∙t3=γω∙t

Figura 1-26 Formas de onda de v e i en el circuito de la Figura 1-25

El circuito rectificador de la Figura 1-25 se usa muy poco porque la intensidad en el

devanado secundario tiene una componente continua. Para potencias ≤ 10kW lo

normal es usar montajes rectificadores de conmutación paralela doble. Para potencias

mayores, los rectificadores son trifásicos.

Figura 1-27 Cargador de baterías con limitación por bobina (onda completa)

o más usadEl circuito de la Figura 1-27 es much o porque el rizado de la corriente de

carga es menor y los componentes (incluido el transformador) están mejor

aprovechados.



6 de 51

Figura 1-28 Formas de onda de v e i en el circuito de la Figura 1-27

Este cargador con limitación de corriente por bobina presenta las siguientes ventajas

e inconvenientes:

Ventajas:

o Sencillo, utiliza muy pocos componentes.

o Económico.

o Fiable: pocos componentes pueden fallar.

o El rendimiento es algo mayor que en el Cargador de baterías con

limitación por resistencia porque las pérdidas en la bobina (las del

cobre y las del hierro) son menores que en la resistencia.


40




41

Desventajas:

o Desde el punto de vista de la batería (parte de CC):

No es respetuoso con la batería.

Sin posibilidad de regulación de la tensión y corriente

aplicadas a la batería.

Cualquier variación en la tensión de CA (ered) o en la tensión

de la batería (Ebat) influye muy significativamente en la

intensidad de carga.

o Desde el punto de vista de la red (parte de CA):

La corriente demandada a la red se aleja mucho de una

sinusoide, lo que provoca un elevado contenido en armónicos

en ired.

El factor de potencia bajo porque la corriente demandada de la

red dista mucho de ser una sinusoide.

ired tiene componente continua.

o Desde el punto de vista de los componentes:

El transformador funciona a la frecuencia de la red, 50 Hz en

rmador sea

l caso de media onda, el transformador está sometido a

corrientes con componente continua, lo que puede provocar la

saturación del núcleo magnético.

o que hace que la bobina sea voluminosa, pesada y cara.

rales de los cargadores desde CA sin corrección del factor

En estas top

La

o

ría, la tensión de ésta

también tiene un pequeño rizado.

Europa, que es baja, lo que hace que el transfo

voluminoso, pesado y caro.

En e

La bobina limitadora funciona a la frecuencia de la red, que es

baja, l

Características genede potenci na e 1 etapa

ologías:

intensidad de carga:

Varía con el generador de alterna. o

o Varía con la tensión de la batería.

No es uniforme sino pulsatoria.

Su rizado es grande. o

Debido a la resistencia interna de la bate




42

Si se requ

salida del rectif

iere una corriente de carga uniforme, se puede conseguir montando a la

icador un filtro LC (Figura 1-29) o varias etapas LC en cascada.

L

C

Figura 1-29 Filtro LC

r los regímenes a intensidad o tensión constante los rectificadores han Para consegui

de ser controlados, pudiendo controlar la duración de los intervalos de conducción.

Se pueden

tiristores.

Cargadores alimentados desde CA sin corrección del factor de potencia en

los cargadores de baterías construidos en varias

etapas es el mostrado en la Figura 1-22.

En primer lugar, se estudiará en este epígrafe la 1ª etapa, conversión de corriente

alterna a corriente continua (CA/CC).

Las etapas posteriores que aparecen en la Figura 1-22 se estudiarán en el epígrafe

“Posibles topologías para la 2ª etapa, convertidor CC/CC”, donde se evalúan

conju res de 2

), siendo idéntica la etapa CC/CC que adecúa esa corriente continua a

la corriente de carga deseada.

Tradicionalmente, la conversión CA/CC se ha compuesto de un puente de diodos y

un condensador de filtro, Figura 1-30 (a). Este circuito es simple, fiable y barato,

pero la corriente que demanda a la red está compuesta por picos positivos y

negativos de corta duración y elevado valor porque el condensador, una vez

alcanzado el régimen permanente, se carga a un valor de tensión continua muy

próximo a la tensión de pico de Valimentación, lo que hace que circule corriente sólo

cuando Valimentación > Vcondensador, Figura 1-30 (b).

realizar cargadores de baterías con tensión y corriente controladas con

varias etapas

El diagrama de bloques general de

ntamente las alternativas en la conversión CC/CC para cargado

etapas sin o con corrección del factor de potencia.

o La corrección o no del factor de potencia afecta únicamente a la 1ª etapa

(CA/CC



9 de 51

gura 1-30 Rectificador de conmutación paralela doble monofásico con filtro poFi r

condensador:(a) circuito, (b) sus principales formas de onda

Para que no circu tores

nicos es elevado.

La circulación de armónicos en una instalación puede provocar un mal

funcionamiento de los equipos en su entorno próximo:

Distorsiones en aparatos de medida y telecomunicaciones.

Calentamiento.

Mayores pérdidas (aprovechamiento no óptimo de la energía).

Para minimizar este problema, distintas organizaciones internacionales han elaborado

una norm n en la

nsión y corriente de entrada en un rectificador como el de la Figura

1-30 (a), se obtendrán oscilogramas similares a los de la Figura 1-31.

len armónicos por la red, la corriente que demandan los recep

conectados a ella debiera ser sinusoidal y para un menor consumo de energía

reactiva, tensión y corriente debieran estar en fase. En el caso del circuito de la

Figura 1-30 se puede ver que la corriente demandada a la red dista mucho de ser una

sinusoide, por lo que su contenido en armó

ativa destinada a reducir los niveles de armónicos que se introduce

red. La implantación de estas normas ha dado lugar a un importante desarrollo en las

técnicas de corrección del factor de potencia.

Si se mide la te


43



0 de 51

ensión y corriente de entrada típicas en un convertidor CA/CC sin cFigura 1-31 T orrección del

factor de potencia

En la Figura 1-31 se puede ver que tensión y corriente están en fase, pero la corriente

dista mucho de ser una sinusoide. En la Figura 1-32 se puede ver que los armónicos

de baja frecuencia tienen gran amplitud, lo que provocará una elevada tasa de

distorsión armónica (THD).

Orden de armónico Figura 1-32 Contenido en armónicos de la corriente de la corriente de la Figura 1-31

Ca

Tradicionalm do métodos

pasivos y dirigidos principalmente a corregir el desplazamiento de tensión y

rgadores alimentados desde CA con corrección del factor de potencia

ente, para corregir el factor de potencia se han utiliza


44




45

se exigía por parte de las empresas de suministro eléctrico. En

alg armónicos.

Actualmen

mejor el fact el contenido en armónicos y, además,

pudiéndos

El desarrollo

aparición de cargadores de baterías basados en circuitos rectificadores que funcionan

conm mador) principal y la

bobina li

componentes

Corriente d

Convertid

El diagram apas se representa en la

Figura 1-33

corriente, puesto que

unas ocasiones estos métodos pasivos servían para el filtrado de

te se está imponiendo el uso de métodos activos para poder controlar

or de potencia, minimizando

e regular la tensión de salida y la corriente de salida.

de los transistores de potencia, sobre todo de los IGBT, ha propiciado la

utando en alta frecuencia el transformador (o autotransfor

mitadora. Se consigue reducir la potencia construida de algunos

y el peso total respecto de los equipos cargadores de baja frecuencia.

e línea aproximadamente sinusoidal

eores CA/CC n 2 etapas

a de bloques de un convertidor CA/CC en 2 et

.

Etapa para la corrección del

factor de potencia(prerregulador del factor de potencia

o PFP)

ConvertidorCC/CCC

VC

+

−

Control Control

Vred

Diagrama de bloques de un convertidor CA/CC en 2 etapas

se compone de 2 etapas independientes:

rerreguladota del factor de potencia

y hace que la corriente de entrada:

b. n en el condensador de

Figura 1-33

Este tipo de convertidor CA/CC

1. Etapa correctora del factor de potencia o p

(PFP), que consta de 2 lazos de control:

a. Un lazo de control muestrea Vred

i. Tenga la misma forma que la tensión de entrada.

ii. Esté en fase con la tensión de entrada.

Otro lazo de control regula la tensió

almacenamiento (C).




46

2. Convertidor CC/CC. Cuenta con un único lazo de control que:

a. Regula la tensión de salida.

b. Tiene una respuesta dinámica suficientemente rápida.

Un convertidor en 2 etapas tiene buenas características de cara a la red, pero tiene la

desventaja de la complejidad, ar 2 convertidores capaces de

o Apto para un rango de entrada universal.

Flexibilidad de diseño.

res).

e control:

basadas en el convertidor elevador para la

corrección del factor de potencia debido a su mejor rendimiento [9]:

1. Ele r conve

2. Elevador entrelazado

3. Elevador sin medio puente con fase cambiada

i. Su respuesta dinámica es lenta, por lo que se incluye la 2ª

etapa (convertidor CC/CC).

pues hay que diseñ

transferir la potencia de entrada con el máximo rendimiento.

Ventajas:

o Corriente demandada de la red prácticamente sinusoidal.

o Tensión de almacenamiento (VC) regulada.

o

o Válido para aplicaciones de baja y alta potencia.

Desventajas:

o Complejidad (2 convertido

o Elevado número de componentes, lo que aumenta el coste.

o Requiere al menos 3 lazos d

2 lazos en el prerregulador del factor de potencia.

1 lazo en el convertidor CC/CC.

o Se trata la energía 2 veces (1 vez en cada convertidor), por lo que el

rendimiento baja.

Posibles topologías para la 1ª etapa, prerregulador del factor de potencia (PFP)

A menudo se utilizan topologías

Eficiencia

Coste

En [10] se lleva a cabo una comparación de los siguientes circuitos para la corrección

del factor de potencia basados en el convertidor elevador:

vado ncional




47

4. Elevador entrelazado sin puente

5. Elevador entrelazado resonante

Se analizará cada uno de ellos para comprobar su idoneidad para la aplicación

concreta de este proyecto.

Elevador convencional

La topología convencional del convertidor elevador es de las más usadas para

aplicaciones de corrección del factor de potencia. Usa un puente de diodos para

rectificar la corriente de entrada (CA) a CC, seguido del elevador propiamente dicho,

como se puede ver en la Figura 1-34.

Figura 1-34 Convertidor elevador convencional para la corrección del factor de potencia

Características más significativas:

Corriente de rizado del condensador de salida muy elevada debida a la

diferencia entre la corriente del diodo y la corriente demandada por la carga.

n las pérdidas en el puente de

diodos, luego la eficiencia disminuye.

ser problemática

tencia demandada es alta.

Debido a estas limitaciones, esta topología es adecuada para un rango de baja-media

o Consecuencias:

Si aumenta la potencia demandada aumenta

La disipación de calor en el puente de diodos puede

cuando la po

potencia, hasta aproximadamente 1 kW.

Formas de solventar las limitaciones propias de esta topología para potencias

superiores a 1 kW:

Utilizar semiconductores discretos en paralelo.

O utilizar módulos bastante caros.




48

Esto requiere un diseño de compromiso entre núcleo, tamaño e inductancia de la

bobina:

Disminuir la inductancia tiene las siguientes consecuencias:

o Aumenta el rizado de la corriente de entrada.

o Aumenta el rizado de alta frecuencia en el condensador, luego

disminuye el tiempo de vida del condensador.

Por sus características, el convertidor elevador convencional no es la opción

preferida para la aplicación objeto del presente proyecto.

Elevador entrelazado

El convertidor elevador entrelazado, Figura 1-35, consiste en 2 convertidores

elevadores en paralelo operando desfasados 180º.

Figura 1-35 Convertidor elevador entrelazado

Ventajas:

La corriente de entrada es la suma de la corriente de 2 bobinas.

o Debido a que la onda de la corriente de ambas bobinas están en oposición

de fase, tienden a cancelarse mutuamente, lo que disminuye el rizado de la

corriente de entrada debido a las conmutaciones del convertidor elevador.

o Además, conmutando a 180º de desfase se dobla la frecuencia efectiva de

conmutación, con lo que:

Se disminuye el rizado en la corriente de entrada.

s en Se disminuye el rizado en el condensador, lo que provoca menor stres

el condensador.




49

ón de

3’5 kW [10].

Desventajas:

De manera similar a como ocurre en el convertidor elevador, la disipaci

calor en el puente de diodos puede ser problemática cuando la potencia

demandada es alta.

o Los niveles de potencia se limitan a aproximadamente

Elevador sin medio puente con fase cambiada

La topología del convertidor elevador sin puente para la corrección del factor de

potencia evita la necesidad de un puente rectificador, sin embargo, mantiene la

clásica topología del elevador, como se puede ver en la Figura 1-36.

Figura 1-36 Convertidor elevador sin medio puente

Ventajas:

Solución atractiva para aplicaciones de potencia > 1 kW, donde son

importantes:

o Densidad de potencia

o Eficiencia

Este convertidor resuelve el problema de la disipación de calor en el puente

rectificador de diodos del convertidor elevador convencional.

to a la masa del convertidor, luego:

red).

Para medir la corriente de entrada se necesita una circuitería complicada para

Desventajas:

Se aumentan las interferencias electromagnéticas.

Tensión de línea de entrada flotante respec

o Medir la tensión de entrada requiere:

Un transformador de baja frecuencia (la frecuencia de la

O un optoacoplador.

medir separadamente:




50

o

Esto

o masa d

Esas desventajas se abordan en el circuito de la Figura 1-37.

o La corriente por el transistor.

La corriente por el diodo.

es debido a que el camino de la corriente no comparte la misma referencia

urante cada medio ciclo de línea.

Figura 1-37 Elevador sin medio puente con fase cambiada

Sin em a 1-37 no logra alta eficiencia a plena carga

pu altas corrientes de

iodos [10].

o a que su

consum nto de la carga en que se

Eleva

bargo, la topología de la Figur

esto que se somete a los transistores a stress debido a las

recuperación en los d

El circuito de la Figura 1-37 consigue una buena eficiencia también con cargas

ligeras.

o Este aspecto es interesante en cargadores de baterías debid

o es muy diferente según el mome

encuentre.

dor entrelazado sin puente

Esta topología (Figura 1-38) fue propuesta en [11] para potencias superiores a

3’5 kW.

Figura 1-38 Elevador entrelazado sin puente




51

En com lazado:

pidos.

stán desfasadas 180º.

vado.

erando en modo de conducción límite (límite

entre conducción continua y conducción discontinua) fue presentado por Infineon

Technologies [12], Figura 1-39.

paración con el Elevador entre

Introduce 2 transistores.

Reemplaza 4 diodos lentos por 2 diodos rá

De manera similar, las señales de puerta e

Características más significativas:

Factor de potencia ele

Alta eficiencia en todo el rango de carga.

Reducidos armónicos en la corriente de entrada.

Elevador entrelazado resonante

La topología entrelazada resonante op

Figura 1-39 Elevador entrelazado resonante

En comparación con el Elevador entrelazado:

lentos.

Ventajas:

o Reemplaza 4 diodos rápidos por 4 diodos

Desventajas:

o Requiere 4 drivers para los transistores.

o Requiere 2 conjuntos de sensores de corriente.

o Requiere 2 redes snubber.

o Requiere un control digital complicado.




52

ntos aspectos de las topologías para el

Evaluación comparativa de las distintas topologías

Si se evalúan comparativamente disti

prerregulador del factor de potencia, se obtiene la Tabla 1-5 [10].

Topología Elevador convencional

Elevador sin medio puente con fase cambiada


sin puente resonante

Ee

levador ntrelazado


Potencia nominal < 1 kW < 3’5 kW < 3’5 kW > 5 kW > 5 kW

Interferencias electromagnéticas Malo

/ ruido Aceptable Aceptable Mejor Mejor

Rizado en el condensador

Alto Medio Bajo Bajo Bajo

Rizado en la entrada

Alto Medio Bajo Bajo Bajo

Tamaño de los elementos

magnéticos Grande Medio Pequeño Pequeño Pequeño

Eficiencia Mala Mejor Aceptable Mejor Aceptable

Coste Bajo Medio Medio Alto El más alto

Tabla 1-5 Evaluación comparativa de las distintas topologías para el prerregulador del factor de potencia

a

te a la de entrada.

ador, se dispondrá de una tensión continua de unos

400 V, mientras que para cargar la batería se requieren 56 V, una tensión

Posibles topologías para la 2ª etapa, convertidor CC/CC

Para la conversión CC/CC resulta muy conveniente utilizar un convertidor CC/CC

coplado por transformador por los siguientes motivos:

1. Conseguir aislamiento galvánico entre el circuito de carga de la batería y la

red de alimentación.

2. Permite disponer de una tensión de salida muy diferen

En el caso de utilizar un prerregulador del factor de potencia basado en el

convertidor elev

unas 7 veces menor.




53

utiliza un transformador en esta etapa CC/CC, mediante técnicas de

o.

o Permite una mayor densidad de potencia.

o Solución menos robusta que transformador a frecuencia de la red.

o Solución más complicada que transformador a frecuencia de la red.

Las topologías más comunes en la etapa CC-CC son las siguientes [10]:

1. Convertidor de puente completo con conmutación a tensión cero (ZVS) con

fase desplazada

2. Topología LLC resonante

3. Convertidor de conmutación suave con filtro capacitivo a la salida

tación a tensión cero (ZVS) o a corriente cero (ZCS) en convertidores

ulta la optimización de los componentes de los filtros.

idos se han propuesto convertidores cuasirresonantes

a.

ores resonantes de frecuencia constante pueden lograr ZCS o ZVS.

vía más stress [13].

1. iento

Además, si se

conmutación es posible hacer que la corriente alterna que circule por el

transformador sea una frecuencia mucho mayor que la de la red, lo que implica:

Ventajas:

o Transformador más barato.

o Transformador menos voluminoso y pesad

o Mejora la eficiencia en la conversión.

Desventajas:

La conmu

CC/CC generalmente requiere un amplio rango de frecuencia de control.

Este hecho dific

Para rangos de frecuencia reduc

o multirresonantes:

El alto stress en los componentes hace que estos convertidores sean poco

prácticos para aplicaciones de alta potencia o alta tensión de salid

Los convertid

Pero a expensas de someter a los componentes a toda

Cuando los convertidores modulados por ancho de pulso convencionales se hacen

funcionar a altas frecuencias:

Los parasitarios del circuito tienen efectos perjudiciales sobre el rendim

del convertidor.




54

otencia o alta tensión.

snubber

ignificativas cuando funciona a alta frecuencia.

.

2. Las pérdidas por conmutación son especialmente pronunciadas en

aplicaciones de alta p

3. Normalmente se requieren redes

Añadiendo así pérdidas s

Convertidor de puente completo con conmutación a tensión cero (ZVS) con fase desplazada [13]

Su circuito y formas de onda principales se pueden ver en la Figura 1-40

(a)

(b)

Figura 1-40 Convertidor de puente completo con conmutación a tensión cero (ZVS) con fase

en un método de operación del convertidor PWM de puente completo que

permite a todos los conmutadores conmutar a tensión cero (ZVS) haciendo uso de los

parasitarios del circuito para conseguir la conmutación resonante.

Para conseguir conmutación a tensión cero, las 2 ramas del puente se hacen

funcionar con un desplazamiento de fase. Este modo de funcionamiento:

o Permite una descarga resonante de la capacidad de salida de los MOSFETs.

desplazada [13]: (a) circuito, (b) formas de onda de primario y secundario.

Consiste




55

o Posteriormente fuerza la conducción de cada diodo en antiparalelo con los

MOSFETs antes de la conducción del MOSFET, ver Figura 1-40.

El convertidor de la Figura 1-40 tiene las siguientes ventajas:

1. Consigue conmutación a tensión cero utilizando:

a. La inductancia de dispersión del transformador.

b. La capacidad de salida de los conmutadores.

No se requieren bo la conmutación a

cero:

rdidas de conmutación muy

l primario del

alta frecuencia, esto mejora:

3. Tiene corrientes eficaces mucho menores que los convertidores resonantes.

Pero también tiene algunos inconvenientes:

Sus ventajas hacen que este convertidor sea muy adecuado para aplicaciones de alta

potencia o alta tensión.

Se debe tener en cuenta:

El funcionamiento de este convertidor requiere consideraciones de diseño que

difieren del convertidor modulado por ancho de pulso de puente completo.

La respuesta de pequeña señal del convertidor conmutado a tensión cero difiere

significativamente de la de su homólogo modulado por ancho de pulso.

componentes añadidos para llevar a ca

tensión cero.

2. La conmutación a tensión

a. Permite el funcionamiento con stress y pé

reducidas.

b. Elimina la necesidad de redes snubber en el lado de

transformador.

c. Permite la conmutación a

o Densidad de potencia.

o Eficiencia en la conversión.

1. Tiene una corriente eficaz algo mayor que un convertidor PWM de puente

completo convencional.



2 de 51

Topología LLC resonante [6]


56

ver en la Figura 1-41. Su circuito se puede

Figura 1-41 Topología LL [6

Ventajas:

bre un lio ran trada

Sobre amplias variaciones de carga.

de la frecuencia de conmutación.

s eleme parásit uyendo

Inductancia de dispersión del transformador.

ductancia magnetizante del transformador.

an par guir:

a. Conmutación suave.

Funcionam

1. Utilizando solamente la induct dispersión del transformador referida

al primario no es viable utilizar el convertidor para aplicaciones:

a. Con un amplio rango de tensión de salida.

b. Con amplias variaciones en la carga.

C resonante ]

1. Se puede regular la tensión de salida:

a. So

b.

amp go de en .

Con una relativa pequeña variación

2. Todos lo ntos os, incl :

a. Capacidad de salida del MOSFET.

b.

c. In

Se utiliz a conse

b. iento a alta frecuencia.

Desventajas:

ancia de




57

la salida [14] Convertidor de conmutación suave con filtro capacitivo a

Su circuito se puede ver en la Figura 1-42.

(a)

(b) vertidor de conmutación suave con filtro capacitivo a la salida [14]: (a) circuito,

les de control del puente en el primario

ir el impacto negativo de la

convertidores de alta tensión de

tificadores

en la inductancia resonante se transfiere

1. La corriente eficaz del primario aumenta debido al modo de funcionamiento

Figura 1-42 Con(b) secuencia de las seña

El objetivo de este circuito consiste en disminu

recuperación inversa de los rectificadores para

salida.

Ventajas:

1. Un gradiente de corriente en el apagado a través de los rec

reducido.

Lo que disminuye la amplitud de la corriente de recuperación inversa.

2. La tensión inversa en los diodos del puente rectificador del secundario está

limitada a la tensión de salida.

3. La energía almacenada

completamente a la carga.

4. Bajo gradiente en la corriente triangular del secundario.

Lo que permite la terminación de la conmutación a tensión cero (ZVS) en

un rango amplio de carga.

Desventajas:

discontinuo.




58

es diseñados para funcionar en modo de conducción discontinuo

. Algunos de

elevador puede ser diseñado para corriente de línea

edia potencia

tidor elevador. Este hecho permite el uso en aplicaciones de alta

potencia.

Filtros pasivos

Consiste en añadir elementos reactivos (bobinas y condensadores) al rectificador

para que el contenido armónico de la corriente de entrada quede dentro de los límites

impuestos por la normativa.

La compensación se puede hacer, principalmente, de 2 maneras:

1. A nivel de receptor (corrección individual):

Generalmente se usa para receptores con un régimen de funcionamiento poco

variable.

2. A nivel de instalación (corrección centralizada):

Generalmente se usa para instalaciones con cargas variables. Se suelen

utilizar bancos de condensadores que entran en funcionamiento de manera

escalonada.

El circuito de la Figura 1-43 es un ejemplo de un rectificador de 250 W de potencia

con corrección pasiva del factor de p

Seguidor de tensión [15]

Algunos convertidor

son seguidores de tensión de forma natural y el lazo interno de corriente puede ser

eliminado; lo que significa una simplificación del circuito de control

estos convertidores son:

Elevador - reductor

Flyback

SEPIC

Cuk

Zeta

Un convertidor

sinusoidal, pero forzando una elevada tensión de salida.

Ventajas:

En términos generales es una buena opción para baja y m

(100 W — 1 kW).

Ausencia de pérdidas debidas a la corriente inversa de recuperación del diodo

del conver

otencia.



5 de 51

Figura 1-43 Rectificador con corrección pasiva del factor de potencia (250 W)

Funcionamiento del circuito de la Figura 1-43:

1. Tensión de entrada 230 V de AC (interruptor abierto, como se muestra): el

circuito corresponde a un rectificador de onda completa, obteniendo 325 V a

la salida.

2. Tensión de entrada 115 V de AC (interruptor cerrado, al contrario de cómo se

muestra): la parte izquierda de “PFC Inductor” y del puente de diodos se

utilizan, funcionando el circuito como un doblador de media onda,

obteniendo también 325 V a la salida.

En el con tensión

red.

a ante variaciones de carga).

te variaciones en la línea).

ango de entrada universal:

de esas condiciones la corrección no será tan buena.

vertidor de la Figura 1-43 la tensión de salida variará si lo hace la

de entrada. [16]

Principales ventajas e inconvenientes de la corrección pasiva del factor de potencia:

Ventajas:

o Coste relativamente bajo.

o Simplicidad (sólo emplea elementos pasivos).

Fiabilidad. o

o Robustez.

o Baja emisión de interferencias electromagnéticas.

o No introduce armónicos de alta frecuencia en la

Desventajas:

Mala regulación de carga (mala respuesto

o Mala regulación de línea (mala respuesta an

o Elevada complejidad de diseño para un r

Se diseña para unas condiciones de carga determinadas y fuera


o Elevada corriente en el arranque.

59




60

itado de armónicos.

con otras soluciones activas a la corrección del factor de

maño.

Alternativas a la conversión CA/CC en 2 etapas convencional procesando menos energía [

en

los convertidores CA/CC comparado con los convertidores CA/CC en 2 etapas, en

El objetivo es aumentar la eficiencia

o Elimina un número lim

o En general, el factor de potencia se mejora, pero no se acerca tanto a 1

como

potencia.

o Elevado ta

o Elevado peso.

15]

Se han llevado a cabo muchos intentos para mejorar el procesamiento de energía

los que la energía se procesa 2 veces.

cambiando la manera en la que la energía es procesada, ver Figura 1-44.

Figura 1-44 Forma de onda de la potencia en un convertidor CA/CC supuestas tensión y

corriente de entrada sinusoidales

Nótese que la manera en la que la energía es procesada no define exactamente la

eficiencia de la conversión, pero muchos autores usan el procesamiento de energía

para dar una idea de la eficiencia. Se destacan 4 alternativas dentro de este epígrafe:

1. Uso de un convertidor bidireccional

Un convertidor bidireccional conectado en paralelo a la salida del prerregulador

del factor de potencia (Figura 1-45) para absorber el exceso de potencia (P2 en la

Figura 1-44) y almacenarla. Este 32% de la potencia se entrega a la carga para

completar el área P3.



7 de 51

Figura 1-45 Convertidor bidireccional conectado en paralelo al prerregulador del factor de

potencia

Ventajas:

Promediando, la potencia de salida es procesada 1’64 veces en lugar de 2.

Desventajas:

Hay 2 convertidores y 1 de ellos es bidireccional, lo que obliga a utilizar

transistores en lugar de diodos.

ergía en paralelo

tencia (Figura 1-46).

2. Procesamiento de la en

En esta solución hay 2 caminos para la po

Figura 1-46 Convertidor con procesamiento paralelo de la energía

44 se entrega a través de 1 de ellos directa a la

ués del primer procesamiento y, entonces, se

potencia de salida es procesada 1’32 veces en lugar de 2.

La potencia P1 de la Figura 1-

carga. P2 es almacenada desp

entrega a la carga cuando P3.

Ventajas:

La

Desventajas:

La etapa de potencia es muy complicada:

o Requiere al menos 3 conmutadores.

o Requiere una estrategia de control precisa.


61



8 de 51

3. Reposicionado de los bloques de potencia


62

en 2 partes iguales, entregando 1 de ellas

a la carga. Se logra cambiando la posición de los convertidores en un CA/CC de

2 etapas, ver Figura 1-47.

Consiste en dividir la onda de potencia

Figura 1-47 Convertidor CA/CC en 2 etapas con el CC/CC reposicionado

La mitad de la energía se procesa 1 vez y el resto 2 veces.

Ventajas:

La potencia de salida es procesada 1’5 veces en lugar de 2.

El ciones en la

El rizado de baja frecuencia a la salida del prerregulador del factor de potencia se

eliminar utilizando un convertidor CC/CC en serie, (Figura 1-48).

Desventajas:

campo de aplicación es reducido debido a las restric

conexión de los convertidores.

4. Uso de un post-regulador CC/CC en serie

puede

Figura 1-48 Convertidor CA/CC con post-regulador CC/CC en serie

dices de potencia en el convertidor CC/CC.

El post-regulador está diseñado para baja tensión de salida y corriente

nominal, su implementación aumenta las exigencias a las que se somete a

La tensión de salida está fijada principalmente por el prerregulador del factor de

potencia para mantener bajos ín

Ventajas:

Sólo una fracción de la potencia de salida (≈15%) se procesa 2 veces.

Desventajas:

los componentes.




63

resumen de este grupo de soluciones (Alternativas a la conversión

se encuentran grandes ventajas desde el

punto de vista del coste comparado con los convertidores de CA/CC en 2 etapas

3).

2 etapas convencional procesando menos energía) sino

e se procesa. En este grupo se mejora la eficiencia en la

iendo las pérdidas de potencia mejorando la eficiencia de una de las

al prerregulador del factor de potencia manejar una tensión elevada

ncia, por esta razón,

es deseable utilizar conmutación suave si es viable.

érdidas de conmutación

crito muchas técnicas para reducir las pérdidas por conmutación en

más interesante es la aplicada al

tajas y desventajas:

Desventajas:

Se requiere algunos (aunque pequeños) elementos reactivos.

A modo de

CA/CC en 2 etapas convencional procesando menos energía), como se requieren 2

convertidores y sus respectivos controles, no

convencionales (Figura 1-3

Alternativas a la conversión CA/CC en 2 etapas convencional procesando mejor la energía [15]

No sólo es importante la cantidad de energía procesada (grupo anterior, Alternativas

a la conversión CA/CC en

también la eficiencia con qu

conversión reduc

etapas.

Es inherente

(cientos de voltios) y, por tanto, se penaliza la eficiencia del prerregulador y del

convertidor CC/CC, especialmente en aplicaciones de baja pote

Maneras de reducir las pérdidas de potencia y mejorar la eficiencia de una de las

etapas:

1. 1ª etapa (prerregulador del factor de potencia):

i. Redes auxiliares para reducir las p

Se han des

los CA/CC de 2 etapas. Probablemente la

elevador debido a su elevada tensión de salida y las pérdidas debidas a la

recuperación inversa del diodo. En términos generales, todas estas soluciones

tienen las siguientes ven

Ventajas:

Esas redes adicionales no afectan a la evolución de la corriente

demandada a la red.

Se requiere un conmutador adicional.

Se incrementa el tamaño de la etapa de control.




64

ii. C

V

Se obtiene una corriente de red con buena forma de onda sin utilizar

La energía de circulación penaliza la eficiencia.

2. 2ª etapa (convertidor CC/CC):

i. Convertidores de conmutación suave

Estas topologías son especialmente adecuadas para elevadas tensiones de

entrada, lo que suele cumplirse si se emplea un convertidor elevador como 1ª

etapa.

ii. Utilizar un post-regulador de alta eficiencia

La eficiencia global se puede incrementar utilizando un convertidor muy

e describe un post-regulador con 2

onvertidores resonantes y cuasirresonantes

entajas:

lazo de corriente de entrada.

Desventajas:

optimizado como 2ª etapa. En [17] s

entradas que usa dispositivos de baja tensión independientemente de la

tensión de salida (Figura 1-49).

Figura 1-49 Convertidor CA/CC + post-regulador de alta eficiencia propuesto en [17]

eficiencia, especialmente en aplicaciones con alta tensión de salida.

a a modificar el prerregulador del factor de potencia añadiendo

Fi

Se suele utilizar para hacer que la corriente demandada a la red por una instalación

ex ximo a 1 porque no

es necesario hacer cam

Ventajas:

Alta

Desventajas:

Oblig

una 2ª entrada.

ltrado activo

istente se aproxime a una sinusoide con factor de potencia pró

bios en la instalación.




65

Su debido a su alto

aunque también se puedan utilizar en baja potencia. [16]

Ut

fre e

int

Aunque el us potencia

(de corrección del factor de potencia de

un ación en paralelo.

uso está prácticamente limitado a instalaciones de alta potencia

coste y complejidad,

ilizando filtros activos se puede atenuar todas las componentes armónicas de baja

cuencia, pero los filtros activos suelen generar armónicos de alta frecuencia

erferencias electromagnéticas.

o de filtros activos es muy común en instalaciones de alta

cenas de kW) también se puede usar para la

convertidor CA/CC. La Figura 1-50 muestra la configur

Figura 1-50 Convertidor CA/CC + filtro activo en paralelo

El filtro activo en 4 cuadrantes se encarga de obtener una corriente de línea

sinusoidal incluso cuando la carga es no lineal. Habitualmente la etapa de control se

hace usando procesamiento digital de señal (DSP).

En una aplicación de baja potencia esta solución no es rentable.

Una implementación más simple consiste en colocar el filtro en el lado del

rectificador (Figura 1-51), siendo un convertidor en 2 cuadrantes.

Figura 1-51 Convertidor CA/CC + filtro activo tras el rectificador

La etapa de potencia tiene 2 conmutadores y el circuito de control se implementa

usando un controlador de corrector de factor de potencia común. Esta solución es




66

e consume una corriente no sinusoidal en

sinu

Co

Convertidores CA/CC en 1 etapa con corrección del factor de potencia

Se trata de integrar en una única etapa las 2 etapas que integran los convertidores en

2 etapas. Esta solución no consigue una forma de la corriente de entrada tan buena

como en los convertidores de 2 etapas, pero suele ser suficiente para cumplir la

norma EN 61000-3-2 con un coste moderado.

Comparaciones exhaustivas de los costes de fabricación y el rendimiento de la

corrección del factor de potencia pasiva, activa en 2 etapas y activa en 1 etapa han

puesto de manifiesto que la corrección en 1 etapa es una solución rentable en

ap s

menores de 600 W los límites aplicables de a EN 61000-3-2 son los de la

clas e la clase D.

(Pred con la potencia instantánea demandada por la carga de CC (PCC),

en

Cederá energía a la carga de CC cuando P <P .

Nor ndensador y se le

suele denominar “condensador de almacenamiento”.

En los convertidores CA/CC en 1 etapa, la tensión del condensador de

almacenamiento no está regulada (al contrario de los de 2 etapas), se regula la

tensión de salida; por lo que la tensión en el condensador de almacenamiento varía.

En la Figura 1-52 se representa en diagrama de bloques de un convertidor CA/CC en

1 etapa.

interesante para convertir un dispositivo qu

soidal sin modificar el sistema.

rriente de línea no sinusoidal, pero ajustada a IEC 61000-3-2

licaciones de baja potencia (típicamente por debajo de 200W) [18]. Para potencia

la norm

e A o los d

Habitualmente, en un convertidor CA/CC la potencia instantánea demandada a la red

) no coincide

situación que puede ser resuelta incluyendo un componente capaz de almacenar

ergía que:

Almacenará energía cuando Pred>PCC.

red CC

malmente este elemento capaz de almacenar energía es un co



3 de 51

Figura 1-52 Diagrama de bloques de un convertidor CA/CC en 1 etapa

Ventajas:

o Coste moderado.

o La energía se trata 1 vez, luego se puede conseguir alto rendimiento.

o Corriente de línea no sinusoidal (aunque sí cumpla normas).

Tensión del condensador de almacenamiento no regulada, luego se

seño dificultoso.

Se pueden emplear distintos convertidores CC/CC para la corrección del factor de

a la misma forma que la tensión de

ent

o Menor número de componentes que en CA/CC de 2 etapas.

Desventajas:

o

requiere un condensador más grande que en 2 etapas.

o Di

o Limitado a aplicaciones de baja potencia (hasta unos 300W) [15].

potencia, pues el único requisito es cerrar un lazo de corriente de respuesta rápida en

torno a la corriente de entrada para que ésta teng

rada.


67




68

Conclusiones

Figura 1-53 Alternativas en la conversión CA/CC y principales características



5 de 51

Coste Calidad ired Topología

Ired ≈ sinusoidal

Apto para un rango de entrada universal.

Tensión de almacenamiento VC regulada.Flexibilidad de diseño.VáCo

Ventajas

lido para aplicaciones de baja y alta potencia.mplejidad (2 convertidores).

Elevado nº de componentes → coste↑.Requiere al menos 3 lazos de control:

2 lazos en el prerregulador del factor de potencia.1 lazo en el convertidor CC/CC.

Sólo emplea elementos pasivos.Soluciones robustas y baratas.Baja emisión de interferencias electromagnéticas.No introduce en la red armónicos de alta frecuencia.

da complejidad de diseño parar un rango de entrada universal:Se diseña para unas condiciones de carga determinadas y fuera de esas condiciones la corrección no será tan buena.

Mala respuesta ante variaciones de la carga.

armónicos.sados.

Ventajas Promediando, la potencia de salida se trata 1'64 veces en lugar de 2.ertidores:os convertidores es bidireccional → usar transistores en vez de .

Ventajas La potencia de salida es procesada 1'32 veces en lugar de 2.La etapa de potencia es muy complicada:

Requiere al menos 3 conmutadores.Requiere una estrategia de control precisa.

Ventajas Sólo una fracción de la potencia de salida (≈15%) se procesa 2 veces.

DesventajasPost-regulador diseñado para baja Vsalida e Inominal, su implementación aumenta

las exigencias a las que se somete a los componentes.

vas a la conversión CA/CC en 2 etapasonal procesando mejor la energía:

1.- Mejorando eficiencia en el prerregulador del fdpfectan a la evolución de ired.

adicional.Se requiere algunos (aunque pequeños) elementos reactivos.Se incrementa el tamaño de la etapa de control.

Ventajas Se obtiene una ired con buena forma de onda sin usar lazo de ired.

Desventajas La energía de circulación penaliza la eficiencia.2.- Mejorando eficiencia en la 2ª etapa (CC/CC)

Alta eficiencia, especialmente en aplicaciones con alta Vsalida.Desventajas Obliga a modificar el prerregulador del fdp añadiendo una 2ª entrada.

Nº de componentes < nº de componentes en CA/CC en 2 etapas.Ired ≠ sinusoidal (aunque sí cumpla normas).

Tensión de almacenamiento VC no regulada → se requiere un condensador

mayor que en CA/CC en 2 etapas.Diseño dificultoso.Limitado a aplicaciones de baja potencia (hasta unos 300 W).El menor coste de todos.

Simple.Desventajas Corriente de línea no ajustada a normativa.

s especialmente adecuadas para elevadas tensiones de entrada.le cumplir cuando se usa un CC/CC elevador como 1ª etapa.

Desventajas

VentajasPuente de diodos + filtro por condensador

Desventajas

Ventajas

Desventajas

Desventajas

sonantes

Convertidor CA/CC en 1 etapa

No ajustada a IEC 61000-3-2− −

Como se requieren 2 convertidores y sus respectivos controles, no se encuentran grandes ventajas

onómicas specto a los

CA/CC en 2 etapas convencionales

Características

Convertidor CA/CC en 2 etapas

Se trata la energía 2 veces → rendimiento↓.


69

Eleva

Mala respuesta ante variaciones en la línea.Elevada corriente de arranque.

Desventajas

Elimina un nº limitado de Equipos voluminosos y pe

Alternativas a la conversión CA/CC en 2 etapasconvencional procesando menos energía:

Hay 2 conv1 de esdiodos

+ + DesventajasSinusoidal

Ventajas La potencia de salida es procesada 1'5 veces en lugar de 2.

DesventajasCampo de aplicación reducido debido a las restricciones en la conexión de losconvertidores.

3.- Reposicionado de los bloques de potencia

4.- Post-regulador CC/CC serie

ecre

Alternaticonvenci

Ventajas Esas redes adicionales no a

Se requiere un conmutadori.-Redes auxiliares para ↓ pérdidas conmutación

Ventajas

TopologíaSe sue

i.-Convertidores de conmutación suave

ii.-Post-regulador de alta eficiencia

Coste moderado.

La energía se trata 1 vez → se puede conseguir alto rendimiento.

Alta complejidad.En aplicaciones de baja potencia no es una solución rentable.

Su uso está prácticamente limitado a instalaciones de alta potencia debido a:Alto coste.

Filtros activos

No sinusoidal

ii.-Convertidores resonantes y cuasirre

pero ajustada a IEC 61000-3-2

2.- Procesar energía en paralelo

Ventajas

Ausencia de pérdidas debidas a la corriente de recuperación inversa del diodo del convertidor elevador → se puede usar en aplicaciones de alta potencia.

En términos generales es buena opción para 100W – 1kW.Seguidor de tensión

Filtros pasivos

1.- CC/CC bidireccional

Tabla 1-6 Alternativas en la conversión CA/CC y principales características

Para la conversión CA/CC en el caso concreto del cargador de baterías sobre el que

trata este proyecto, se tienen los siguientes condicionantes:

Para dar cumplimiento a la normativa se debe llevar a cabo la conversión

CA/CC con corrección del factor de potencia.

o Se descartan todas aquellas soluciones sin corrección del fdp.




70

gir el factor de potencia de un

recepto

1.

2.

3. s (y múltiples variantes)

4. Convertidores CA/CC en 1 etapa (y múltiples variantes)

La corrección pasiva es poco tolerante a los cambios en la carga y el consumo de un

cargador de baterías a lo largo del tiempo varía mucho:

Se descarta la corrección del factor de potencia mediante elementos pasivos.

activa del factor de potencia se hace utilizando convertidores

general, la corrección activa del factor de potencia da mejores

r

soidal y con factor de potencia próximo a 1).

Caracte

Ventajas:

rriente demandada a la red prácticamente sinusoidal.

o

os 300W de potencia.

1. Prerregulador del factor de potencia.

2. Convertidor CC/CC.

Teniendo en cuenta los puntos anteriores y lo expuesto en Cargadores alimentados

de línea

Principalmente hay 4 estrategias posibles para corre

r:

Filtros pasivos

Filtros activos

Convertidores CA/CC en 2 etapa

La corrección

conmutados. En

esultados en cuanto a la calidad de la onda de corriente demandada de la red

(prácticamente sinu

rísticas generales de la corrección activa del factor de potencia:

o Co

o Factor de potencia próximo a 1.

Desventajas:

o Soluciones generalmente más costosas que las pasivas.

Soluciones generalmente menos robustas que las pasivas.

Según las indicaciones del fabricante de la batería, ésta se carga a una tensión de

56 V y, en el momento de mayor consumo demanda 32 A, lo que hace que la

potencia de salida en el momento de mayor consumo sea de 2.352 W.

Se descarta la conversión CA/CC en una sola etapa y sus variantes, puesto

que son adecuadas hasta un

Para obtener una corriente de línea aproximadamente sinusoidal, todas las

alternativas a la conversión CA/CC en 2 etapas, excepto los filtros pasivos, suponen

el uso de 2 convertidores:

sde CA con corrección del factor de potencia / Corriente de




71

aproximadamente sinusoidal / Convertidores CA/CC en 2 etapas, parece que las

mejores alternativas son la conversión en 2 etapas con corrección del factor de

potencia o, a priori, cualquiera de sus alternativas.

A lo largo del proceso de carga de la batería ésta necesita corriente continua, pero no

siempre de las mismas características, por lo que se necesita un convertidor

suficientemente flexible como para poder suministrar a la batería el tipo de corriente

continua que nec

más flexible de todas las vistas.

Potencia

Puede que la opción más adecuada para el cargador de baterías sobre el que trata este

proyecto sea un convertidor CA/CC en 2 etapas (prerregulador del factor de potencia

+ CC/CC, Figura 1-33).

Elección de la 1ª etapa, prerregulador del factor de potencia (PFP)

Si se tiene en cuenta que la potencia de salida del cargador en el momento de mayor

consumo es de 2.352 W

Para esta potencia de salida se adaptarían bastante bien los convertidores

o da (por tanto, no válidos).

aros, además, no

en condensador y carga.

esita.

Si está adecuadamente dimensionado, en un CA/CC de 2 etapas éstas pueden

considerarse prácticamente independientes, lo que hace que, probablemente, la

conversión CA/CC en 2 etapas sea la topología

Si, además de la flexibilidad en el diseño, se analiza:

Coste

Complejidad

, se tiene que:

sombreados en la Tabla 1-5 Evaluación comparativa de las distintas topologías

para el prerregulador del factor de potencia, siendo los convertidores no

sombreados:

De menor potencia a la requeri

o De mayor potencia a la requerida (innecesariamente más c

se les sacaría partido).

Los 2 convertidores sombreados en la Tabla 1-5 están bastante igualados en las

características tenidas en cuenta en la comparativa:

Elevador sin medio puente con fase cambiada: tiene mayor eficiencia.

Elevador entrelazado: tiene menor rizado




72

vertidor CC/CC

ancia de dispersión del transformador.

es.

adecuada para implementar un

ne de una tensión continua, consiste en utilizar un convertidor

elevador-reductor como el de la Figura 1-54, [19].

Ambos convertidores están muy igualados, pero el Elevador sin medio puente con

fase cambiada tiene dificultades añadidas que el Elevador entrelazado no, por tanto

este último, en principio, será más fiable, lo que hace que sea la opción más atractiva

para la corrección del factor de potencia en este proyecto.

Elección de la 2ª etapa, con

Todos los convertidores presentados en el epígrafe “Posibles topologías para la 2ª

etapa, convertidor CC/CC” se basan en el mismo principio, aprovechar los

parasitarios del circuito, principalmente:

Induct

Capacidad de salida de los conmutador

Para conseguir conmutación a tensión cero (ZVS).

Al basarse en el mismo principio, sus prestaciones son bastante similares, pero la

Topología LLC resonante [6], puede que sea la más

cargador de baterías, pues tolera bastante bien amplias variaciones de carga, lo que

ocurrirá en un cargador de baterías cuando la batería se vaya cargando.

Etapa final, implementación de la carga a pulsos

La topología más sencilla e inmediata para implementar un cargador a pulsos una vez

se dispo

QA DA

QB DB

VDC

+

−

IB

t

i

or a pulsos regenerativo utilizando un convertidor elevFigura 1-54 Cargad ador-reductor

Las formas de onda que se obtendrían en el convertidor de la se

representan en la

Figura 1-54

Figura 1-55.



9 de 51

Figura 1-55 (a) señal de puerta de QA para el pulso de carga, (b) señal de puerta de QB para el

pulso de descarga, (c) corriente por la bobina amortiguadora

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73




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s 1 de 28 Anejo de cálculo

76

Anejo de cálculos




77

Técnica de control de los convertidores del cargador de baterías............ 79 por corriente promediada ...................................................... 80 interno de corriente ............................................................. 82

........................... 82 ............................ 90

93

ertidor con un lazo de

Cálculo del regulador ............................................................. 99

ANEJO DE CÁLCULOS

Breve revisión de las técnicas de modelado............................................. 78

Control Lazo

Función de transferencia del convertidor con un lazo de control de corriente ..................................

Cálculo del regulador .................................Convertidor en lazo abierto....................................................Convertidor en lazo cerrado ................................................... 94

Lazo externo de tensión ............................................................... 97 Función de transferencia del conv

control de tensión ................................................................ 97

Convertidor en lazo abierto.................................................. 101 Convertidor en lazo cerrado ................................................. 102

Bibliografía ............................................................................................ 103




78

2. Promediado

Breve revisión de las técnicas de modelado

Para modelar convertidores conmutados en general, y etapas de potencia en

particular, se han venido utilizando técnicas basadas principalmente en 2 enfoques:

1. Modelado en espacio de estados

Ambas técnicas se han desarrollado exhaustivamente pero había poca correlación

entre ambas.

Modelado en espacio de estados:

Se mantiene estrictamente en el dominio de la manipulación de ecuaciones.

o Por lo tanto se basa en gran medida en métodos numéricos, lo que

hace que se preste a implementaciones informatizadas.

icada de todas las etapas de

ndependientemente del tipo (reductor, elevador, elevador-reductor o

ier otra variación) a través del uso de las exactas ecuaciones de espacio

s 2 modelos conmutados.

Su principal ventaja es la descripción unif

potencia i

cualqu

de estado de lo

Técnicas basadas en el promediado:

Se basa en las manipulaciones del circuito equivalente.

o Esto resulta en un único modelo de circuito equivalente lineal de la

ador del circuito una visión física del

ladores que incorporan convertidores conmutados.

ntes consideradas

e M. Cuk en [20].

etapa de potencia.

Ventajas:

o Proporciona al diseñ

comportamiento del circuito original conmutado.

o Permite utilizar en toda su extensión las potentes herramientas de

análisis y síntesis de circuitos lineales para el diseño de los

regu

Existe una técnica que llena el vacío entre las 2 técnicas a

(Modelado en espacio de estados y Promediado): el promediado en espacio de

stados, propuesto por Slobodan




79

el ancho de

lazo de control, así que su

control es más sencillo que el del corrector del factor de potencia.

convertidor (corriente que circula

Respuesta en lazo abierto.

on 2 lazos:

Se utiliza:

o Un lazo en modo corriente.

o Un lazo en modo tensión.

Respuesta del convertidor estabilizada ante:

o Variaciones de la corriente de carga.

o Variaciones de la tensión de entrada.

Es una de las técnicas de control para convertidores más completas.

El circuito de control dependerá del modo de corriente que se desee

Técnica de control de los convertidores del cargador de baterías

La técnica de control en los 3 convertidores es la misma, modulación d

pulso, por sus siglas en inglés, PWM (Pulse Width Modulation), por lo que se harán

los cálculos para el convertidor cuyo control es el más complicado, el corrector del

factor de potencia. Este convertidor se va a controlar mediante 2 lazos de control,

mientras que los otros 2 convertidores solamente tienen un

Para la corrección del factor de potencia se ha empleado un convertidor elevador, así

como en el convertidor que genera los pulsos de corriente para la carga de la batería.

Se tratarán los siguientes aspectos:

Técnica de control para este tipo de circuitos.

Cálculo de la función de transferencia del

por la bobina frente al ciclo de trabajo).

Obtención de los lazos de control:

o Lazo interno:

Respuesta en lazo abierto.

Respuesta en lazo cerrado.

o Lazo externo:

Respuesta en lazo cerrado.

Principales propiedades de una técnica de control c

implementar:

o Control por corriente de pico.



a 1 de 22 Anejo de diseño de la etapa de potenci

104

Anejo de diseño de la etapa de potencia




105

ANEJO DE DISEÑO DE LA ETAPA DE POTENCIA

Selección del método de carga............................................................... 106

tencia... 107 Convertidor CC/CC resonante con aislamiento galvánico mediante

transformador de alta frecuencia........... .................................Convertidor CC/CC que carga la batería . .................................Cálculo de la resistencia limitadora de la corriente en el arranque.. 116

........................ 120 Drivers para los transistores ............................................................. 121

Drivers para los IGBTs del CA/C ........................................Drivers para los MOSFET del CC/CC aislado .......................Drivers para los IGBTs CC/CC que carga la batería ................. 125

............................. 125

Selección de la topología del circuito de potencia ................................. 106 Solución adoptada .................................................................................. 107

Convertidor CA/CC con corrección activa del factor de po

.... ... 111

.... ... 114

Cálculo de relés ................................................................................ 118 Relé para la conexión a la red y Rlimitadora................................... 119 Relé para la batería.............................................

C ... 124 ... 124

Bibliografía ...............................................................




106

Selección del método de carga

Para seleccionar el método de carga más adecuado para este cargador se ha tenido en

cuenta todo lo mencionado en Anejo Estudio sobre el estado del arte (pág. 25 y

siguientes) y se ha optado por el método de carga de la Figura 1-89.

ibat

t0 A

Ibat media

Tcarga

Tdescarga

Tdescanso

T

ibatIcarga

Idescarga

Figura 1-89 Método de carga elegido

Selección de la topología del circuito de potencia

La elección de la topología se desprende de las conclusiones de Anejo Estudio sobre

el estado del arte (pág. 25 y siguientes). El circuito de potencia completo del

car

corrector del factor de potencia, Figura 1-90 (a).

Figura 1-89, Figura

1-90 (c).

gador consta de 3 convertidores en serie, enumerados de la red hacia la batería:

1. Convertidor CA/CC

2. Convertidor CC/CC con aislamiento galvánico, Figura 1-90 (b).

3. Convertidor CC/CC que genera la corriente pulsante de la

Figura 1-90 Topología de la parte de potencia



a 4 de 22

Solución adoptada

Convertidor CA/CC con corrección activa del factor de potencia

Anejo de diseño de la etapa de potenci

107

Para el convertidor CA/CC corrector del factor de potencia de la Figura 1-90 (a) se

a optado por un rectificador de onda completa e serie con 2 convertidores C

elevadores entrelazados para llevar una corrección activa del factor de potencia.

Figura 1-91 Convertidor CA/CC con

h n C/CC

corrección activa del factor de potencia

325.

27V

pk50

Hz

Vre

d

iL

RL2

Rpa

r 0.6

m

RLi

n

Rpa

r30

uR

Lim

itado

ra

Rel

eArr

anqu

e

2m Co_

PF

C

Rpa

r

Fai

rchi

ld S

emic

ondu

ctor

BD

1

MU

R86

0

VcP

FC

_Sen

sor

Vre

dVab

s

Psw

BD

1

Pco

ndB

D1

Fai

rchi

l

BD

d S

emic

ondu

ctor

MU

2

R86

0

Psw

BD

2

Pco

ndB

D2

Fai

rchi

ld S

emic

ondu

c

BD

3

tor

MU

R86

0

Psw

BD

3

Pco

ndB

D3

Fai

r

BD ch

ild S

emic

ondu

ctor

4

MU

R86

0

Psw

BD

4

Pco

ndB

D4

Infin

eon

SK

W15

N60

IGB

T01

Pco

ndIG

BT

01

Psw

IGB

T01

Pco

ndD

_IG

BT

01

Psw

D_I

GB

T01

RL3

0.R

par

6m

Infin

eon

SK

W

IGB

T

15N

60

02

Pco

ndIG

BT

02

Psw

IGB

T02

Pco

ndD

_IG

BT

02

Psw

D_I

GB

T02

Inte

rntif

iers

RU

RP

1560

D1

D2

Inte

rct

ifier

s R

UR

P15

60

atio

nal R

ec

natio

nal R

e

Pco

ndD

1

Pco

ndD

2

Psw

D1

Psw

D2

Rel

eAli

onG

ral

men

taci




108

ltados que se indican en la Tabla 1-7.

Componente Corriente máxima (A) Corriente media (A) Tensión inversa máxima (V)

Para la selección de componentes se ha llevado a cabo una simulación con

semiconductores ideales para determinar los parámetros limitativos de los mismos,

obteniéndose los resu

Diodos puente rectificador 79,20 4,40 -333,00Transistores 23,60 3,90 412,00Diodos de cada elevador 55,70 6,10 -411,00

Tabla 1-7 Parámetros eléctricos para la selección de componentes del convertidor CA/CC con corrección activa del factor de potencia

Además de los parámetros eléctricos se debe tener en cuenta los parámetros térmicos,

si los semiconductores elegidos son o no capaces de disipar el calor que en ellos se

generará durante su funcionamiento. Para evaluar este aspecto se ha considerado el

circuito térmico de la Figura 1-92.

RthCR_BD1RthJC_BD1 RthRA_BD1

PcondBD1

PswBD1

Tamb PcondIGBT01 RthJC_IGBT1

RthJC_BD2

PcondBD2

PswBD2

RthRA_BD2

Tamb

RthJC_BD3

PcondBD3

PswBD3

RthRA_BD3

Tamb

RthJC_BD4

PcondBD4

PswBD4

RthRA_BD4

Tamb

PswIGBT01 RthRA_IGBT1

Tamb

RthJC_D_IGBT1PcondD_IGBT01

PswD_IGBT01

RthJC_IGBT2PcondIGBT02

PswIGBT02 RthRA_IGBT2

Tamb


PswD_IGBT02

RthJC_D1

PswD1

PcondD1

RthJC_D2

PswD2

PcondD2

RthRA_DiodosElevador

Tamb

RthCR_BD2

RthCR_BD3

RthCR_BD4

RthCR_IGBT1

RthCR_IGBT2

RthCR_D1

RthCR_D2

Figura 1-92 Circuito térmico equivalente de los semiconductores del convertidor de la Figura

1-91

Las resistencias térmicas consideradas en todos los semiconductores son, de

izquierda a derecha:

1. Resistencia térmica unión semiconductora – encapsulado (RthJC).

2. Resistencia térmica encapsulado – radiador (RthCR).

3. Resistencia térmica radiador – ambiente (RthRA).

La temperatura ambiente considerada en todos los casos ha sido 50ºC.

Las etiquetas que aparecen en la Figura 1-92 están conectadas con los terminales de

igual nombre del circuito de la Figura 1-91. Para interpretar lo que representa cada

terminal, se ve el caso de un IGBT en la Figura 1-93.



a 6 de 22

Infineon SKW15N60

IGBT01

PcondIGBT01

PswIGBT01

PcondD_IGBT01

PswD_IGBT01

ito de la Figura 1-91 con las salidasFigura 1-93 IGBT del circu correspondientes al circuito térmico de la Figura 1-92

Las etiquetas de la parte derecha de la Figura 1-93 tienen el significado que se indica

en la Tabla 1-8.

Etiqueta Significado

PcondIGBT01Terminal por el que fluyen las pérdidas por conducción del IGBT01

PswIGBT01Terminal por el que fluyen las pérdidas por conmutación del IGBT01

PcondD_IGBT01Terminal por el que fluyen las pérdidas por conducción del diodo en antiparalelo con el IGBT01

PswD_IGBT01Terminal por el que fluyen las pérdidas por conmutación del diodo en antiparalelo con el IGBT01

Tabla 1-8 Significado de las etiquetas de la Figura 1-93

La nomenclatura y significado indicados en la Tabla 1-8 se utilizar durante el resto

de circui

o varias simulaciones con componentes reales (haciendo uso

res) se

componentes que se indican en la Tabla 1-9.

Elemento del circuito Componente real seleccionado

á

tos de potencia.

Tras haber llevado a cab

de los datos eléctricos y térmicos que el fabricante da sobre los semiconducto

ha llegado a la conclusión de que son adecuados para esta aplicación los

Diodos puente rectificador Fairchild Semiconductor MUR860Radiador Aavid Thermalloy 6400BG

Transistores Infineon SKW15N60Radiador Aavid Thermalloy 6400BG

Diodos de cada elevador International Rectifiers RURP1560Radiador (conjunto) Aavid Thermalloy 533522B02552G

miconductores y radiadores seleccionados para el convertTabla 1-9 Se or CA/CC con correc encia

idción activa del factor de pot


109



a 7 de 22

Los parámetros para la selección de los componentes pasivos son los que se indican

en la Tabla 1-10.


110

Componente Valor Parámetros

I máxima (A) 43,50Rlimitadora (Ω) 5,90 I media (A) 0,00

Ieficaz (A) 26,00I máxima (A) 50,00

Lin (μH) 300 I media (A) 0,00Ieficaz (A) 16,60I máxima (A) 40,00

L1 y L2 (μH) 600 I media (A) 9,41Ieficaz (A) 13,50V máxima (V) 417,50

Co_PFC (mF) 2 V media (V) 350,00V eficaz (V) 350,00

ra la selección de los componentes pasiTabla 1-10 Parámetros pa vos del CA/CC con corrección

nte únicamente

cuando el convertidor arranca, lo que, según resultados obtenidos en la simulación,

s un tiempo inferior a 1 segundo, así que no será necesario que la resistencia

la potencia que se deriva de los datos contenidos en la Tabla 1-10.

activa del factor de potencia

Debe hacerse notar que por la resistencia limitadora circula corrie

e sea de




111

puede ver en la Figura 1-94.

Figura 1-94 Convertidor CC/CC resonante con aislamiento galvánico mediante transformador

de alta

Convertidor CC/CC resonante con aislamiento galvánico mediante transformador de alta frecuencia

El circuito del convertidor CC/CC resonante con aislamiento galvánico mediante

transformador de alta frecuencia se

RC

o10

00u

1m

frecuencia

Rse

c1

1R

LdR

Cs

RC

p

IXY

S I

XF

N13

2N50

P3

Msf

t01

Pco

ndM

sft0

1

Psw

Msf

t01

Pco

ndD

_Msf

t01

Pco

ndD

_Msf

t01

IXY

S I

XF

N13

2N50

P3

Msf

t02

Pco

ndM

sft0

2

Psw

Msf

t02

Pco

ndD

_Msf

t02

Pco

ndD

_Msf

t02

IXY

S I

XF

N13

2N50

P3

Msf

t03

Pco

ndM

sft0

3

Psw

Msf

t03

Pco

ndD

_Msf

t03

Pco

ndD

_Msf

t03

IXY

S I

XF

N13

2N50

P3

Msf

t04

Pco

ndM

sft0

4

Psw

Msf

t04

Pco

ndD

_Msf

t04

Pco

ndD

_Msf

t04

Fai

rchi

ld S

emor

RU

RG

3060

D01

icon

duct

Psw

D01

Pco

ndD

01

D02

Fai

rchi

ld S

emic

ondu

ctor

RU

RG

3060

Psw

D02

Pco

ndD

02

Fai

rchi

ld S

emor

RU

RG

3060

D03

icon

duct

Psw

D03

Pco

ndD

03

Fai

rchi

ld S

emic

ondu

ctor

RU

RG

3060

D04

Psw

D04

Pco

ndD

04

VoM

ed

Itan

k

2mC

o_P

FC

Rpa

r




112

Para la selección de componentes se ha llevado a cabo una simulación con


obteniéndose los resultados que se indican en la Tabla 1-11.

Componente Corriente máxima (A) Corriente media (A) Tensión inversa máxima (V)Transistores MOSFET 65,00 18,00 350,00Diodos 65,00 17,00 80,00

Tabla 1-11 Parámetros eléctricos para la selección de componentes del convertidor CC/CC resonante con aislamiento mediante transformador de alta frecuencia





RthJC_Msft01PcondMsft01

PswMsft01 RthRA_Msft01

Tamb

RthJC_D_Msft01

PcondD_Msft01

PcondD_Msft01



Tamb

RthJC_D_Msft03PcondD_Msft03

PcondD_Msft03

RthCR_Msft01

RthCR_Msft03


PswMsft02RthRA_Msft02

Tamb


PcondD_Msft02



Tamb


PcondD_Msft04

RthCR_Msft02

RthCR_Msft04

RthJC_D01PcondD01

PswD01

RthRA_D01Tamb

RthJC_D02PcondD02

PswD02

RthRA_D02Tamb

RthJC_D03PcondD03

PswD03

RthRA_D03Tamb

RthJC_D04PcondD04

PswD04

RthRA_D04Tamb

RthCR_D01

RthCR_D02

RthCR_D03

RthCR_D04


1-94



encapsulado (RthJC).

2. Resistencia térmica encapsulado – radiador (Rt



ediante etiquetas siguen el mismo principio que se

Tras haber llevado a cabo varias simulaciones con componentes reales (haciendo uso

de los datos eléctricos y térmicos que el fabricante da sobre los semiconductores) se

1. Resistencia térmica unión semiconductora –

hCR).

Las conexiones del circuito m

siguió en Convertidor CA/CC con corrección activa del factor de potencia, ver, como

ejemplo, la Tabla 1-8, Significado de las etiquetas de la Figura 1-93.



10 de 22 Anejo de diseño de la etapa de potencia

113



Elemento del circuito Componente real seleccionadoTransistores MOSFET IXYS IXFN132N50P3

Radiador Eastern Voltage Research flexiBrute Heatsink 5.4Diodos Infineon SKW15N60

Radiador Aavid Thermalloy 6400BG Semiconductores y radiadores seleccionados para el convertidorTabla 1-12 CC/CC con aislamiento galvánico mediante transformador de alta frecuencia

Los parámetros para la selección de los componentes pasivos son los que se indican

en la Tabla 1-13.

Componente Valor ParámetrosV máxima (V) 339,00

Cs (μF) 1 V media (V) 0,00V eficaz (V) 86,75I máxima (A) 98,70

Ld (μH) 8 I media (A) 0,00Ieficaz (A) 37,21V máxima (V) 85,10

Cp (μF) 0,10 V media (V) 0,00V eficaz (V) 77,00V máxima (V) 80,30

Co (mF) 1 V media (V) 80,00V eficaz (V) 80,00Frecuencia (KHz) 100,00

Vprim rms (V) 77,00Iprim máx (A) 227,00Iprim rms (A) 43,81

rt (adimensional) 1,00

Vprim máx (V) 85,10

Transformador

S (VA) 3.368,00

os para la selección de componentes pasivos del coTabla 1-13 Parámetr nvertidor CC/CC con

aislamiento galvánico mediante transformador de alta frecuencia



11 de 22 Anejo de diseño de la etapa de potencia

114

Convertidor CC/CC que carga la batería

Para suministrar una corriente a pulsos como la de la Figura 1-89 se ha optado por un

convertidor CC/CC reductor para suministrar los pulsos de carga y un convertidor

CC/CC elevador para suministrar los pulsos de descarga. El circuito resultante se


PcondIGBT01

ESRbat

Isen

PswIGBT01

PcondD_IGBT01

RL1

300uRpar


PswD_IGBT01

1mRCo

1000uReleBateria

PcondIGBT02


PswIGBT02

PcondD_IGBT02

PswD_IGBT02Vbat

Batería deion litioSaft Evolion

Vsen Figura 1-96 Convertidor CC/CC que suministra una corriente a pulsos a la batería

e componentes se ha llevado a cabo una simulación con

obtenié

C

Para la selección d


ndose los resultados que se indican en la Tabla 1-14.

omponente Corriente máxima (A) Corriente media (A) Tensión inversa máxima (V)Trans or IGBT reductor 56,30 18,00 80,00

or IGBT elevador 120,00 64ist

Transist ,20 80,00

Tabla 1-14 Parámetros eléctricos para la selección de componentes del convertidor CC/CC que

suministra una corriente a pulsos a la batería







2 de 22


PswIGBT01RthRA_IGBT01

Tamb


PswD_IGBT01

RthCR_IGBT01

Tambiente

50

Tamb


PswIGBT02RthRA_IGBT02

Tamb


PswD_IGBT02

RthCR_IGBT02


1-96

1. Resistencia térmica unión semiconductora – encapsulado (RthJC).

2. Resistencia térmica encapsulado – radiador (RthCR).



Las conexiones del circuito mediante etiquetas siguen el mismo principio que se

siguió en Convertidor CA/CC con corrección activa del factor de potencia, ver, como

ejemplo, la Tabla 1-8, Significado de las etiquetas de la Figura 1-93.

Tras haber llevado a cabo varias simulaciones con componentes reales (haciendo uso

de los datos eléctricos y térmicos que el fabricante da sobre los semiconductores) se



Elemento del circuito Componente real seleccionado



Transistores IGBT Semikron SKM300GA12E4Radiador Semikron P3

miconductores y radiadores seleccionados para el converTabla 1-15 Se tidor CC/CC que suministra una corriente a pulsos a la batería

Anejo de diseño de la etapa de potencia 1

115



3 de 22 Anejo de diseño de la etapa de potencia 1

116

Los parám la Tabla

1-16.

etros para la selección del único componente pasivo se indica en

Componente Valor Parámetros

I máxima (A) 120,00L (μH) 300 I media (A) 42,00

Ieficaz (A) 56,30 etros par la selección de la bobina del convertidor CC/CC que suministra una Tabla 1-16 Parám

Cálculo de la resi

El valor de la

corriente únicame

puenteada median

El valor eficaz de la corriente que circula por esta resistencia es de 25’7A, con un

alor óhmico de 5’9 ohmios, lo que da una potencia de unos 3.900W, pero solamente

conduce durante unos 55’2ms, Figura 1-98.

corriente a pulsos a la batería

stencia limitadora de la corriente en el arranque

corriente de arranque se limita mediante una resistencia que limita la

nte durante el arranque y durante el funcionamiento normal está

te un relé, ver Figura 1-91.

v




117

Figura 1-98 Corriente por la resistencia limitadora durante el arranque

00

.01

00

.04

0.0

5.0

20

.03

Tim

e (

s)

0 0 0

20

40

I(R

6)

-2 -4




118

ia de 3.900W sería muy caro y, además, innecesario, puesto que

r durante unos

cia de una

mpo

relativamente cortos, Figura 1-99.

Utilizar una resistenc

el calentamiento que va a producirse en esta resistencia tiene luga

55’2ms, no de manera indefinida. Por este motivo se elige una resisten

potencia mucho menor, 50W, la resistencia HSA505R6J de 5’6Ω del fabricante

TE connectivity, puesto que el fabricante de la misma da unas curvas en las que se

puede ver que la resistencia admite sobrecargas muy grandes en períodos de tie

Figura 1-99 Sobrecargas de potencia admisibles en la resistencia limitadora

Cálculo de relés

Se debe elegir relés para la conexión del cargador a la red, la resistencia limitadora y

otro como protección contra la inversión de la polaridad de la batería, Figura 1-100.

Figura 1-100 Relés a calcular




119

Relé para la conexión a la red y Rlimitadora

La corriente eficaz nominal que consume el cargador es de en torno a 10A, de

manera que se elige un relé que soporte dicha corriente, el G4W-2212P-US-TV8 de

Omron con una bobina de 12V de corriente continua. Se elige de contactos

normalmente cerrados porque durante el funcionamiento normal va a estar en esta

posición y elegirlo con contactos normalmente cerrados provocará un menor

consumo. La bobina de este relé consume unos 66’7mA que el circuito de control

(DSP) no puede suministrar, además las salidas del DSP dan 3’3V a nivel alto y tanto

a nivel bajo como alto el valor absoluto de la corriente máxima es de 8mA, de modo

que se recurre a un optoacoplador tal y como se indica en la Figura 1-101.

Figura 1-101 Conexión de las bobinas de los relés para la conexión a red y la resistencia

limitadora al DSP

Las resistencias R1 y R2 son para limitar la corriente que circula por el diodo emisor

de luz de

isor de luz es de 7’5mA,

pues así lo aconseja el fabricante del optoacoplador.

La caída de tensión en el diodo emisor de luz en conducción es de 1’5V.

l optoacoplador y se calculan considerando lo siguiente:

La corriente máxima que puede suministrar el dsp por una salida digital es de

8mA.

La corriente que se pretende alcanzar por el diodo em




120

Teniendo en cuenta estos aspectos se trata de resolver el circuito de la Figura 1-102.

R

1'15V

i

La resistencia del circuito de la Figura 1-102 se calcula según (1.45) para que la

corriente sea de 7’5mA.

Figura 1-102 Circuito para calcular las resistencias limitadoras de la corriente de salida del DSP

Valornormalizado

R 2807 '5mA

3'3V 1'5V (1.45)

Relé para la batería

La corriente máxima que va a circular por la batería es de 74A, de manera que se

elige un relé que soporte dicha corriente, el G9EA-1-B-AQ de Omron con una

b

porque durante el funcionamiento normal va a estar en esta posición y elegirlo con

85mA que el circuito de control (DSP) no puede suministrar,

mo alto el

obina de 12V de corriente continua. Se elige de contactos normalmente cerrados

contactos normalmente cerrados provocará un menor consumo. La bobina de este

relé consume unos 4

además las salidas del DSP dan 3’3V a nivel alto y tanto a nivel bajo co

valor absoluto de la corriente máxima es de 8mA, de modo que se recurre a un

optoacoplador tal y como se indica en la Figura 1-103.



8 de 22

Figura 1-103 Conexión de la bobina del relé para la batería al DSP

El valor de la resistencia R1 se calcula según (1.45).

Drivers para los

an en [22]:

transistores

Para el cálculo de los drivers de los IGBTs y los MOSFETs se tendrán en cuenta las

recomendaciones que se d

1. Potencia de salida del driver:

Teniendo en cuenta que el circuito de disparo de los transistores debe cargar y

descargar una capacidad, la capacidad de puerta del transistor, se puede

calcular la potencia del driver según (1.46).

(1.46)

El valor de la carga que hay que suministrar al circuito de puerta (QG) viene

.

ON OFF

ON OFF

GD sw

GD G G G swG G G

P E fP Q V V f

E Q V V

dado por la característica del circuito de puerta, que se obtien

características de cada transistor, un ejemplo se puede ver en la Figura 1-104

e de la hoja de


121



9 de 22

Figura 1-104 Ejemplo de la carga necesaria para el circuito de puerta de un transistor IGBT

2. Corriente de puerta:

Teniendo en cuenta que las capacidades de un IGBT son las que se indican en

la Figura 1-105, se puede calcular la corriente de puerta.

Figura 1-105 Capacidades en un IGBT

La corriente de puerta se calculará según (1.47).


122



0 de 22

T

G GQ i dt


123

0

Gsw G G swG GE GC

G GE GCsw

sw

f i Q fQ Q Q

i i i1T

f

(1.47)

3. Valor de pico de la corriente de puerta

GE GE sw

GE GCGC GC sw

Q i T

i iQ i TQ

:

El valor de pico se puede obtener sin más que considerar que el driver debe

cargar una capacidad, por lo que la corriente de puerta presentará un aspecto

como el de la Figura 1-106.

Figura 1-106 Corriente de puerta suministrada por el driver en un transistor IGBT

El valor de la corriente de puerta se calculará a partir del circuito de la Figura

1-105, teniendo en cuenta que cuando se inicia el proceso de carga la

capacidad está cargada con signo contrario al que se pretende aplicar, de

manera que se puede calcular el valor de pico de la corriente de puerta como

se indica en (1.48).

ON OFF

pico

G GG

G

V Vi

R

(1.48)

Para la selección de los drivers se tendrá en cuenta lo siguiente:

1. PGD del driver ≥ PGD calculada para el transistor.

2. IGpico del driver ≥ IGpico calculada para el transistor.

3. Máxima carga por pulso suministrada por el driver ≥ QG (este parámetro es

habitual que no se dé en las hojas de características de los drivers).




124

Drivers para los IGBTs del CA/CC

Los IGBTs utilizados son Infineon SKW15N60 con VGon = 20V y VGoff = 0V. A

partir de las curvas de estos transistores se tiene que QG=100nC. Se utilizan con una

RG de 10Ω. Con estos parámetros se tendrá (1.49).

pico

GD

9 3G

G

P 100 10 C (20V 0V) 30 10 Hz 60mW

i 100 10 C 30 10 Hz 3mA

20V 0Vi 2A

10

9 3

(1.49)

Se selecciona el driver de International Rectifier IRS4462SPBF porque, es capaz de

suministrar una corriente de pico de 2’3A de carga, absorber 3’3A de descarga, el

tiempo de retraso al encendido y al apagado es de 50ns (20MHz>>30kHz=fsw) y es

compatible con la lógica del dsp (nivel alto = 3’3V).

El driver elegido tiene salidas para los 2 transistores, de modo que con un único

driver se disparan ambos transistores. Ambos transistores tienen emisor unido a la

misma referencia que el circuito de control, de manera que no es necesario alimentar

los drivers con fuentes aisladas de la de control.

Drivers para los MOSFET del CC/CC aislado

Los MOSFET utilizados son IXYS IKFN132N50P3 con VGon = 20V y VGoff = 0V. A

partir de las curvas de estos transistores se tiene que QG=500nC. Se utilizan con una

RG de 6’2Ω. Con estos parámetros se tendrá (1.50).

pico

GD

9 3G

G

P 500 10 C (20V 0V) 100 10 Hz 1W

i 500 10 C 100 10 Hz 50mA

20V 0Vi 3'23A

6 '2

9 3

(1.50)

Se selecciona el driver de International Rectifier IRS2186SPBF porque, es capaz de

s

de retraso al encendido y al apa s (5’89MHz>>100kHz=fsw) y es

de diferencia entre el

uministrar una corriente de pico de 4A de carga, absorber 4A de descarga, el tiempo

gado es de 170n


Se utilizan 2 drivers con la salida de cada uno de ellos preparada para una

configuración en puente, soportando como máximo 600V




125

MOSFET de la parte alta y el de la parte baja, y en esta aplicación hay en torno a

400V, luego es suficiente. La parte baja del puente de transistores está unida a la

m

drivers una

istores se tiene que QG=1.875nC. Se utilizan con

una RG de 5’6Ω. Con estos parámetros se tendrá (1.51).

isma referencia que el circuito de control, así que se utiliza para alimentar lo

fuente no aislada, pues no es necesario.

s

Drivers para los IGBTs CC/CC que carga la batería

Los IGBTs utilizados son Semikron SKM300GA12E4 con VGon = 20V y VGoff = 0V.

A partir de las curvas de estos trans

pico

GD

9 3G

G

P 1.875 10 C (20V 0V) 30 10 Hz 1'125W

i 1.875 10 C 30 10 Hz 56 '25mA

20V 0Vi 3'57A

5'6

9 3

(1.51)

Se selecciona el driver de Texas Insturments UCC27210 porque, es capaz de

suministrar una corriente de pico de 4A de carga, absorber 4A de descarga, el tiempo

d


ente, soportando como máximo 600V de diferencia entre el

no a 80V,

o está unida a la misma

a alimentar los drivers una

fuente aislada y para las entradas del circuito de control el mismo amplificador de

y su fuente de

alimentación para no romper el aislamiento galvánico, la fuente HPR110.

e retraso al encendido y al apagado es de 2μs (500kHz>>30kHz=fsw) y es

Se utilizan 2 drivers con la salida de cada uno de ellos preparada para una

configuración en pu

IGBT de la parte alta y el de la parte baja, y en esta aplicación hay en tor

luego es suficiente. La parte baja del puente de transistores n

referencia que el circuito de control, así que se utiliza par

aislamiento que se ha usado para el sensado de tensiones, el ISO122P

Bibliografía

[22] M. Hermwille. (2007), Application Note AN-7004 IGBT Driver Calculation.Available: http://www.semikron.com/skcompub/en/AN-7004_IGBT_Driver_Calculation_rev00.pdf



de 49 Anejo de diseño de la etapa de control 1

126

Anejo de diseño de la etapa de control




127

ETAPA DE CONTROL

corrientes................................................................. 133 Corriente en las bobinas del convertidor CA/CC................. 134 Corriente por la bobina del convertidor CC/CC resonante .. 136 Corriente por la batería......................................................... 138

Sensado de tensiones.................................................................. 140 Tensión en el condensador del CA/CC ................................ 140 Tensión en el condensador de salida CC/CC resonante....... 141 Tensión en la batería ............................................................ 142 Tensión de red ...................................................................... 144

Entradas para la operación del cargador .......................................... 145 Comprobaciones previas al inicio del proceso de carga .................. 148 Protecciones ..................................................................................... 151 Determinación del final del proceso de carga .................................. 154 Reguladores para cada convertidor .................................................. 157

Convertidor que genera los pulsos de corriente en la batería..... 158 Convertidor CC/CC con aislamiento galvánico mediante

transformador de alta frecuencia............................................. 160 Convertidor CA/CC corrector del factor de potencia ................ 164

Salidas para señalización.................................................................. 165 Fuente de alimentación para los circuitos de control ............................. 165

ANEJO DE DISEÑO DE LA

Selección del tipo de controlador........................................................... 128 Solución adoptada .................................................................................. 131

Muestreo de las variables sensadas .................................................. 133 Cálculo de sensores .......................................................................... 133

Sensado de




128

tapa de potencia hay, principalmente, 2 tipos de

procesamiento de las señales: analógico y digital. Dentro del tipo de procesado

digital se analizará el control digital programable. Para decantarse por uno u otro tipo

se tendrán en cuenta las ventajas y desventajas en diferentes aspectos para cada tipo

de control.

Flexibilidad

Selección del tipo de controlador

Para implementar el control de la e

:

Control digital programable:

o Hacer algún cambio en la configuración de un sistema digital

programable suele reducirse a modificar el programa de control.

Control analógico:

o Hacer algún cambio en la configuración de un sistema analógico

generalmente conlleva hacer cambios en el circuito físico.

Precisión:


nversores analógico-digitales.

ontrolar:

2.

o Ajustar con precisión suficiente un sistema de control analógico

sadas que en

o Elección de la resolución, precisión y frecuencia de muestreo adecuadas

de los co

o Elección del tipo de procesador digital adecuado al sistema a c

Longitud de la palabra de datos.

Aritmética en coma fija o en coma flotante

Otros factores similares.

Control analógico:

implementado con componentes discretos tiene algunas limitaciones:

Tolerancias de los componentes.

Derivas térmicas, temporales, etc. más acu

componentes integrados (como es el caso de los circuito digitales

programables).

2 Para cierto tamaño de bytes, la notación en coma flotante puede ser más lenta de procesar y menos precisa que la notación en coma fija porque además de almacenarse el número (parte significativa),

go en también debe almacenarse el exponente, pero la notación en coma flotante permite un mayor ranlos números a representar.




129

Almacenamiento de los datos obtenidos durante el funcionamiento para su posterior

análisis:

o En un si bilidad de almacenar

EEPROM) para ser analizadas posteriormente sin apenas más pérdida

de precisión que el error introducido en la conversión analógica-digital.

Control analógico:

o No parece viable si no se recurre a un sistema digital de

almacenamiento.

Ajuste del sistema


stema digital programable cabe la posi

fácilmente los datos procesados (por ejemplo, en una memoria

:


o Mediante programa se pueden implementar algoritmos muy refinados,

e operaciones

s con señales analógicas con cierta

precisión suele resultar muy difícil.

pudiendo realizarse sin apenas complicación multitud d

matemáticas.

Control analógico:

o Hacer operaciones matemática

Precio:

En algunos casos, para un mismo sistema a controlar resulta más barato

implementar un control digital programable que un control analógico debido,

principalmente a:

Menor coste de los componentes (circuitería física).

Algunas veces, debido a la mayor flexibilidad del control digital.

Rango de aplicación:


o Mediante programa se pueden implementar algoritmos muy refinados,

pudiendo realizarse sin apenas complicación multitud de operaciones

matemáticas.

Control analógico:

o Hacer operaciones matemáticas con señales analógicas con cierta

precisión suele resultar muy difícil.




130

Ancho de banda de las señales a procesar:

El control digital tiene una importante limitación práctica: la frecuencia de

muestreo de los conversores analógico-digitales. Señales con anchos de banda

muy grandes requieren conversores analógico-digitales con una frecuencia de

muestreo alta y procesadores digitales rápidos. Con el actual estado de la técnica

de los sistemas digitales, hay señales analógicas con un ancho de banda

demasiado grande para ser procesadas digitalmente.

A la vista de las ventajas y desventajas de un control digital o analógico en diferentes

aspectos y teniendo en cuenta que el ancho de banda de las señales a procesar será

inferior a 1 MHz, se opta por implementar un control digital programable.

De entre las diferentes opciones de control digital programable se elige un

procesador digital de señal (DSP). Un DSP es un sistema basado en un procesador o

microprocesador que se caracteriza por lo siguiente:

Su conjunto de instrucciones.

Su circuitería.

Están optimizados para aplicaciones que demanden operaciones

numéricas a muy alta velocidad.

Debido a estas características un DSP resulta especialmente útil para procesar señales

analógicas en tiempo real.

Un sistema en tiempo real es aquel en el que se establecen restricciones temporales

para la obtención de resultados o realización de operaciones. El funcionamiento

correcto del sistema requiere que las operaciones se lleven a cabo:

Correctamente.

En el momento adecuado.

Con la duración adecuada.

Cuando esta condición se da, se dice que el sistema es predecible.

Tiempo real no implica rapidez, un sistema en tiempo real asegura que el

rendimiento temporal del sistema es el suficiente para resolver el problema al que

está dedicado.




131

Solución a

s utilizados menor podrá ser la frecuencia de

muestreo para cada uno de ellos).

La programación se ha llevado a cabo de manera gráfica mediante la aplicación

PSIM, haciendo uso de la aplicación SimCoder, que, partiendo de un circuito de

control implementado con cierto tipo de circuitos discretos (puertas lógicas,

integradores, fuentes de tensión constante, multiplexores…) es capaz de generar el

código C para un DSP.

doptada

Para implementar el control se ha escogido el DSP de Texas Instruments TI F28335

debido a que sus recursos se adaptan muy bien a las necesidades de control en

electrónica de potencia (por ejemplo, dispone de generadores PWM) además de

disponer de un conversor analógico-digital con canales suficientes para la aplicación

así como un bajo tiempo de conversión (80ns), pudiendo llegar a frecuencias de

muestreo suficientemente altas para la aplicación (dependiendo del número de

canales utilizados, a más canale




132

os circuitos de control se han obtenido siguiendo el diagrama de flujo de la Figura

1-107.

L

INICIO

Selección de un regulador analógico

Ajuste de los parámetros del regulador

Simulación conjunta potencia - control

Conversión de tiempo continuo (transformada de Laplace) a tiempo discreto (transformada z):

s→z


¿Resultados de la simulación

satisfactorios?


satisfactorios?NO SÍ

Ajuste de los parámetros del regulador


NO

SÍ

Implementación de protecciones mediante programa de control



satisfactorios?

Modificar las protecciones implementadas en el programa de control

NO

Generación del código y todos los archivos necesarios para la programación del DSP

SÍ

FIN

Fig ito

entes partes:

ura 1-107 Diagrama de flujo del procedimiento seguido para la implementación del circude control

Tras haber seguido el procedimiento indicado en el diagrama de flujo de la Figura

1-107 se ha obtenido un circuito de control que consta de las sigui



de 49

Muestreo de las variables sensadas

Isen

Imed

Anejo de diseño de la etapa de control 8

133

ZOH

fs_CC_Bat

K

ICarga/Iref

Vsen

VmedZOH

fs_CC_Bat

Ibat

iLVcPFC_Sensor

VredVabs

ADC

ZOHSamplingRatePFC

ZOHSam lingRatePFCp

ZOH

SamplingRatePFC

VabsVred

VcPFC

IlPFC

ZOHSamplingRateCC_CCTrans

ZOHSamplingRateCC_CCTrans

ItankVoMed

A0A1A2

D0D1D2

B7

A3A4A5A6A7B0B1B2B3B4B5B6

D15

D3D4D5D6D7D8D9D10D11D12D13D14

F28335

VoCCTrans

VSinITank

Figura 1-108 Entradas analógicas conectadas al conversor analógico - digital del DSP

La entrada de las señales analógicas está situada en la parte izquierda de la Figura

1-108, las entradas son las que se indican en la Tabla 1-17.

Entrada Sensor de proced ciaenIsen Corriente a través de la bateríaVsen Tensión en bornes de la batería

de entrada al convertidor que genera los pulsos de corriente para la bateríaItank Corriente de entrada en el circuito resonante del convertidor CC/CC con transformadorVoMed Tensión

VredVabs Tensión de redVcPFC_Sensor Tensión a la salida del corrector de potenciaiL Suma de las corrientes por cada bobina del corrector del factor de potencia

Tabla 1-17 Correspondencia variables sensadas / entradas analógicas de la Figura 1-108

Los elementos ZOH sirven para establecer la frecuencia de muestreo de cada canal

del conversor analógico-digital. Los valores que se obtienen a la salida de esos

elementos ZOH serán los datos digitales con los que se operará el DSP. La constante

K da a su salida el valor de entrada multiplicado por el valor de dicha constante, para

operar, en este caso, con la corriente de la batería afectada o no por una constante.

Cálculo de sensores

Sensado de corrientes

Para la medida de corrientes se utilizarán sensores de efecto Hall porque están

aislados galvánicamente y su respuesta ante cambios en la corriente es

suficientemente rápida para la aplicación. Se han elegido sensores de la marca

Honeywell adaptados al valor de la corriente a medir en cada caso.




134

Corriente en las bobinas del convertidor CA/CC

Para medir esta corriente se utiliza el sensor de corriente Honeywell CSLA1CD

porque es capaz de medir corrientes entre -57A y +57A, estando comprendida la de

esta aplicación entre 0A y 45A.

Debe tenerse en cuenta lo siguiente:

La salida del sensor de corriente CSLA1CD estará entre 0’75∙12V y

0’25∙12V, correspondiéndose el nivel de 6V con corriente de 0A.

La corriente iL solamente puede tomar valores positivos ó 0.

El rango de entrada del convertidor analógico a digital (ADC) del DSP en

modo unipolar es de 0V a 3V.

Teniendo en cuenta todas estas consideraciones, se tiene que llevar a cabo la

adaptación de niveles de tensión que se indica en la Figura 1-109.

Figura 1-109 Adaptación de niveles de tensión entre la salida del sensor de ecto HaCSLA1CD y la entrada del ADC

Para el

1-110,

deducid

ef ll

sensado de la corriente iL de la Tabla 1-17 se utilizará el circuito de la Figura

pues como se puede ver en dicho circuito, la tensión de salida tendrá el valor

o en la Figura 1-109 si se eligen los valores de resistencia adecuados.



0 de 49

Figura 1-110 Sensado de la corriente iL de la Tabla 1-17

Se puede conectar la salida del sensor CSLA1CD directamente al divisor de tensión

formado por R1 y R2 porque el sensor tiene la salida regulada, es decir, la señal que

suministra ya ha sido acondicionada y tiene una impedancia de salida

suficientemente baja. Si se resuelve el circuito de la Figura 1-110 teniendo en cuenta

q

a en el amplificador operacional (cortocircuito virtual

entre la

ue la corriente por las entradas del amplificador operacional es aproximadamente 0

y la realimentación negativ

s entradas del amplificador operacional) se tiene (1.52).

2 2ref in in out

1 2 g 1 2 f

ref out2 2in in

g 1 2 g 1 2 f f

2 f fout in ref

1 2 g g

R R1 1V V V V

R R R R R R

V VR R1 1V V

R R R R R R R R

R R RV 1 V V

R R R R

(1.52)

Vref=12V y si R1, R2, Rf y Rg toman los valores de resistencia normalizados de la

serie E24 (±5%) que se indican en (1.53), se conseguirá el valor de Vout de la Figura

1-110.

fR 1.800

g

1 out in

2

ref

R 3.600

R 1.800 V V 6

R 3.600

V 12V

(1.53)


135



1 de 49 Anejo de diseño de la etapa de control 1

136

Corriente por la bobina del convertidor CC/CC resonante

Para medir esta corriente se utiliza el sensor de corriente Honeywell CSLA2CE

porque es capaz de medir corrientes entre -92A y +92A, estando comprendida la de

sta aplicación entre -90A y 90A.


La salida del sensor de corriente CSLA2CE estará entre 0’75∙12V y

0’25∙12V, correspondiéndose el nivel de 6V con corriente de 0A.

sitivos o negativos.



e

La corriente iTank puede tomar valores po


modo bipolar es de -1.5V a 1.5V.

6V

9V

3V

Salida del sensor Entrada del ADC

Modo unipolar

+1.5V

(de 0V a 3V)

VADC=0.5∙Vsensor-3Vsensor

Adaptación necesaria:

-1.5V

0VVADC

Figura 1-111 Adaptación de niveles de tensión entre la alida del sensor de efecto HaCSLA2CE y la entrada del C

Para el sensado de la corriente i de la Tabla 1-17 se utilizará el circuito de la

n de salida tendrá el

de resistencia adecuados.

s ll AD

Tank

Figura 1-112, pues como se puede ver en dicho circuito, la tensió

valor deducido en la Figura 1-111 si se eligen los valores



2 de 49

Figura 1-112 Sensado de la corriente iTank de la Tabla 1-17

Se puede conectar la salida del sensor CSLA2CE directamente al divisor de tensión

racional es aproximadamente 0

y la realimentación negativa en el amplificador operacional (cortocircuito virtual




que la corriente por las entradas del amplificador ope

entre las entradas del amplificador operacional) se tiene (1.54).

2 2ref in in

1 2 g

R R1 1V V V

R R R R


137

out1 2 f

out2

f

g

VR R

VR 1

R R R R R R R R

(1.54)


erie E24 (±5%) que se indican en (1.55), se conseguirá el valor de Vout de la

.

ref 2in in

V R 1V V

g 1 2 g 1 2 f

2 f fout in ref

1 2 g

R R RV 1 V V

R R R R

s Figura

1-111

f

g

1 out in

R 3.0001

R 3.600 V V 32

2

R 750

R 2.400

V 12V

(1.55)

ref




138

orriente Honeywell CSLA1DG

La salida del sensor de corriente CSLA1DG estará entre 0’75∙12V y

orriente de 0A.

vo



Corriente por la batería

Para medir esta corriente se utiliza el sensor de c

porque es capaz de medir corrientes entre -120A y +120A, estando comprendida la

de esta aplicación entre 74A y -120A. Debe tenerse en cuenta que llegar al límite de

la corriente del sensor de efecto Hall no supone una sobrecarga del mismo,

solamente dará el valor máximo a su salida pero no se deteriorará.


0’25∙12V, correspondiéndose el nivel de 6V con c

La corriente ibat puede tomar valores positivos o negati s.


modo bipolar es de -1.5V a 1.5V.

9V

6V +1.5VVADC=0.5∙Vsensor-3

Adaptación necesaria:Vsensor

VADC

3V

Salida del sensor Entrada del ADC

Modo unipolar (de 0V a 3V)

-1.5V

0V

Para el sensado de la corriente ibat de la Tabla 1-17 se utilizará el circuito de la Figura

1-114, pues como se puede ver en dicho circuito, la tensión de salida tendrá el valor

deducido en la Figura 1-113 si se eligen los valores de resistencia adecuados.

Figura 1-113 Adaptación de niveles de tensión entre la salida del sensor de efecto Hall CSLA1DG y la entrada del ADC



4 de 49

Figura 1-114 Sensado de la corriente ibat de la Tabla 1-17

Se puede conectar la salida del sensor CSLA1DG directamente al divisor de tensión




que la corriente por las entradas del amplificador operacional es aproximadamente 0

y la realimentación negativa en el amplificador operacional (cortocircuito virtual

entre las entradas del amplificador operacional) se tiene (1.56).

2 2ref in in out

1 2 g 1 2 f

ref out2 2in in

g 1 2 g 1 2 f f

2 f fout in ref

1 2 g g

R R1 1V V V V

R R R R R R

V VR R1 1V V

R R R R R R R R

R R RV 1 V V

R R R R

(1.56)


serie E24 (±5%) que se indican en (1.57), se conseguirá el valor de Vout de la Figura

1-113.

f

g

1 out in

2

ref

R 750

R 3.0001

R 3.600 V V 32

R 2.400

V 12V

(1.57)


139




140

ensado de tensiones

ensión en el condensador del CA/CC

l valor de dicha tensión está comprendido entre 0V y 416V y la referencia de esta

fuente de alimentación de los circuitos de control, de

odo que basta con recurrir a un divisor de tensión para medir la tensión en este

condensador. La adaptación de niveles necesaria se muestra en la Figura 1-115.

S

T

E

tensión coincide con la de la

m

416V

3V

Salida del divisor de tensión

Entrada del ADC

Modo unipolar (de 0V a 3V)

VADC=(3/416)∙Vsensor

0V

VADC

Adaptación necesaria:

0V

VC1

Figura 1-115 Adaptación de niveles entre la tensión del condensador del corrector del factor de potencia y el ADC

Para llevar a cabo la adaptación de niveles de la Figura 1-115 se ha llevado a cabo la

solución indicada en la Figura 1-116.

R1

R2

=Vmáx+416V

DSP0V a 3V

Figura 1-116 Medida de la tensión en el condensador del corrector del factor de potencia




141

Los valores (1.58).

de las resistencias de la Figura 1-116 son los que se indican en

2 2R R 3 30k

Valores416 3

R R R R 416 4 '13M 30k (1.58)

1 2 1 2 normalizados

La corriente q

potencia disipada será

¼ W.

Tensión en el con

La salida de este conv

transformador de alta

entrada de est

CC/CC resona

Para se

un amp

Esta tensió

al rango de

El amplific

Con estas r

ue circulará por estas resistencias es de unos 100μA, por lo que la

de 41’3mW, de modo que será suficiente con resistencias de

densador de salida CC/CC resonante

ertidor está aislada galvánicamente de su entrada mediante el

frecuencia. La referencia del circuito de control está en la

e convertidor, de manera que la tensión a la salida del convertidor

nte está galvánicamente aislada de la entrada y del circuito de control.

guir manteniendo el aislamiento galvánico se medirá esta tensión con

lificador de aislamiento.

n toma valores entre 0V y 83V, de manera que hay que adaptarla

entrada del ADC, 0V a 3V en modo unipolar.

ador de aislamiento elegido tiene ganancia unitaria.

estricciones, se ha optado por la solución de la Figura 1-117.

1-117 Medida de la tensión del condensador de salida del CC/CC acopladoFigura mediante

transformador




142

ador de aislamiento de la Figura 1-117 es la La tensión de entrada al amplific

indicada en (1.59).

2

2in C

1 2

RV V

R R

(1.59)

Los valores de R1 y R2 se calculan según (1.59) con los valores indicados en (1.60).

2 2

Valores1 2R R R1 2 normalizados

R R 3 3k3 83

R 83 80k 3k

(1.60)

Con estos v 1mA,

potencia de 80mW R1 y 3mW R2, así que será suficiente

c

Tensión en la batería

conectada al cargador está aislada galvánicamente del circuito de control

La referencia del circuito de control está

a

nico se medirá esta tensión con

o tiene ganancia unitaria.

C

alores de resistencia circulará por ellas una corriente de en torno a

de modo que disiparán una

on resistencias de 1/8 W. Se elegirá una tolerancia del 5%, serie E24.

La batería

gracias al transformador de alta frecuencia.

l otro en el primario de dicho transformador.

Para seguir manteniendo el aislamiento galvá

un amplificador de aislamiento.

Esta tensión toma valores entre 0V y 52V, de manera que hay que adaptarla

al rango de entrada del ADC, 0V a 3V en modo unipolar.

El amplificador de aislamiento elegid

on estas restricciones, se ha optado por la solución de la Figura 1-118.



8 de 49

+52V =Vmáx


143

ISO122P

R1

R2

0V a 3VG=1

DSP0V a 3V

Batería

Fuente de alimentaaislada para el ISO12

ción 2P:

HPR110

Lado de la batería Lado del circuito de control

La tens miento de la Figura 1-118 es la

indicada en (1.61).

Figura 1-118 Sensado de la tensión de la batería

ión de entrada al amplificador de aisla

2in Bat

1 2

RV V

R R

(1.61)


2 2

Valores1 2 1 2 normalizados

R R 3 3k52 3

R R R R 52 47k 3k

(1.62)

de m

con resisten

Con estos valores de resistencia circulará por ellas una corriente de en torno a 1mA,

odo que disiparán una potencia de 49mW R1 y 3mW R2, así que será suficiente

cias de 1/8 W. Se elegirá una tolerancia del 5%, serie E24.




144

ensión de red

n la misma referencia, de manera que se

rec

T

El circuito de control y la red no comparte

urre de nuevo a un amplificador de aislamiento, Figura 1-119.

Figura 1-119 Sensado de la tensión de red

La tensión de entrada al amplificador de aislamiento de la Figura 1-119 es la

indicada en (1.63).

2in Bat

1 2

RV V

R R

(1.63)


2 2

Valores1 2 normalizados

R 1'5 4 '63k

1M 4'63k230 2

(1.64)

Con estos valores de resistencia circulará por ellas una corriente eficaz de en torno a

1 2

230 2 1'5R R R R

R

230μA, de modo que disiparán una potencia de 52mW R1 y 0’2mW R2, así que será

suficiente con resistencias de 1/8 W. Se elegirá una tolerancia del 5%, serie E24.




145

eración del cargador Entradas para la op

El cargador se controlará mediante los pulsadores de marcha y paro. Estos pulsadores

estarán conectados a 2 entradas digitales del DSP, Figura 1-120.

D0

D6D7

D0DIN

D1 D1D2D3D4D5

D7

D2D3D4D5D6

F28335

ZOHfs_CC_Bat

ZOH

fs_CC_Bat

S

R

Q

+5V

PulsadorMarcha

10k

PulsadorParo

10k

Figura 1-120 Entradas digitales del procesador digital de señal (DSP)

Al actuarse sobre un biestable (programado) se elimina la necesidad de disponer de

un circuito antirrebotes para los pulsadores externos al DSP. Las señales de marcha y

paro se procesan como se indica en la Figura 1-121. El biestable de la parte inferior

de la Figura 1-121 es el biestable de la parte derecha de la Figura 1-120.



1 de 49

Ctr

l


146

Figura 1-121 Procesado de las señales de marcha/paro

1 z

fs_C

C_B

at

IccO

Pol

Inv

Fin

Car

ga

Run

SW

Run

Mod

eEve

ntC

trl

S R

Q

Run

SW

==

1R

unS

W=

=0

Run

mod

e

Act

uar

sobr

RS

activ

ado

por

fa

lane

cesi

dad

deci

rcui

tos

"ant

ira

los

puls

ador

ee un

bie

stab

lela

nco

elim

in d

ispo

ner

derr

ebot

es"

pas.

FP

_Run

Mod

eEve

nt

FP

entC

trl

_Run

Mod

eEv

1 zfs

_CC

_Bat

1 zfs

_CC

_Bat

1 z

fs_C

C_B

at

FP

FN

S R

Q

Sto

p_R

S_F

N

Sto

p_R

S_F

NR

eset

EO

Run

Run

Mod

e

EIN

1

EIN

2

EO

ST

OP

Run

Mod

e

EIN

Det

ecci

ón d

e fla

ncos

asc

ende

ntes

Det

ecci

ón d

e fla

ncos

asc

ende

ntes

Fla

nco

asce

nden

teR

unM

odeE

vent

Ctr

l en

Mod

o de

fun

cion

ams e

lecc

iona

doie

nto




147

correspondiente a un período de muestreo, lo

que hace que sea posible, mediante un comparador, detectar un flanco ascendente

(etiquetado como FP, Flanco Positivo) o un flanco descendente (etiquetado como

FN, Flanco Negativo), puesto que a la entrada de los bloques 1/z se tiene el valor

actual de la variable mientras que a su salida se tiene el valor anterior.

El procesado de las señales de marcha/paro que tiene lugar en la Figura 1-121 hace

que cuando hay un cambio de pulsar marcha a paro o viceversa, se actúe sobre la

entrada de puesta a 1 de un biestable RS (el 2º empezando por la izquierda de la

Figura 1-121). La salida de este biestable RS dará la orden de marcha/paro al

convertidor, pero se pondrá a 0 dicho biestable mediante una pulsación del pulsador

de paro o si tiene lugar alguna otra circunstancia:

Cortocircuito en la batería

Polaridad invertida en la batería

Al resto de circuitos de control del convertidor se enviará la señal

“RunModeEventCtrl” saliente de los subcircuitos de control, que determinará el

permiso para que el resto de subcircuitos de control den las señales adecuadas a los

semiconductores. Cuando está activo el modo Stop (modo por defecto) la señal

RunModeEventCtrl será 0, lo que parará el resto del circuito. Cuando se pasa al

modo Run la señal RunModeEventCtrl será 1, poniéndose en marcha el cargador.

Los bloques 1/z introducen un retraso

Finalización de la carga de la batería



3 de 49

Comprobaciones previas al inicio del proceso de carga

Antes de iniciarse el proceso de carga se comprobará:



Batería no presente

Batería ya cargada


148

rrectas se dará la orden de comienzo de carga.

olucione el

niciar la carga y

-122.

Solamente si esas condiciones son co

En caso contrario se encenderá un diodo led para señalizar cuál de esos problemas se

ha detectado en la salida del cargador y se requerirá que el usuario s

problema, pulse paro para poner a 0 esas condiciones que impiden i

pulse de nuevo marcha para reiniciar la carga. Estas comprobaciones las lleva a cabo

el subcircuito de control de la Figura 1

RunModeEventCtrl

Reset

Vmed

BatCargadaAlInicio

RunMode

PolInvPolInvReset

Vmed CortocInic

RunMode

BatCargadaAlInicioRunModeEventCtrl

CortocInic

Figura 1-122 Subcircuito para la comprobación inicial antes de comenzar la carga de la batería

El contenido del subcircuito de control de la Figura 1-122 es el que se puede ver en

la Figura 1-123.



24 de 49 Anejo de diseño de la etapa de control

149

Figura 1-123 Contenido del subcircuito de control de la Figura 1-122

MUX

1

K 1/T

Inic

io

1 z

fs_C

C_B

at

0.1

zfs

_CC

_Bat

Bie

stab

leR

SP

orF

lanc

o01

-0.5

0 =

> P

olar

idad

NO

inve

rtid

a,

pol

arid

ad c

orre

cta,

R

unM

odeC

onve

rtid

or

se

pond

rá a

1.

1 =

> P

olar

idad

inve

rtid

a,

Run

Mod

eCon

vert

idor

s

e po

ndrá

a 0

.

Vba

tCar

gada

Bie

stab

leR

SP

orF

lanc

o02

Res

et

1 z

fs_C

C_B

at

Res

et

Res

et

Bie

stab

leR

SP

orF

lanc

o03

0.5

0 =

> N

o se

ha

dete

ctad

o qu

e

est

é la

bat

ería

ya

carg

ada,

R

unM

odeC

onve

rtid

or s

e

pon

drá

a 1.

1 =

> V

bat>

Vba

tCar

gada

, se

in

terp

reta

rá q

ue la

bat

ería

y

a es

tá c

arga

da a

ntes

de

a

rran

car,

Run

Mod

eCon

vert

idor

s

e po

ndrá

a 0

.

Res

et

Bat

ería

car

gada

inic

ialm

ente

Po

Hab

ilita

ción

par

a m

edir

Vba

t

larid

ad in

vert

ida

Cor

toci

rc

ensi

ón d

e la

bat

ería

en

vací

o

Cor

toci

rcui

to

Pol

arid

ad in

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ida

uito

inic

ial

T

Run

Mod

eEve

ntC

trl

Res

et

Vm

ed

Bat

Car

gada

AlIn

icio

Run

Mod

e

Pol

Inv

Cor

tocI

nic




150

El circuito de la Figura 1-123 genera una rampa mediante un integrador (parte

izquierda de la Figura 1-123) y si durante el transcurso de 0 al valor máximo de la

mpa no se detecta cortocircuito, polaridad invertida batería no presen

iniciará la carga mediante la señal RunMode a 1 (Figura 1-122). En caso contrario

RunMode será 0 y no se arrancará el cargador.

ra o te, se

0

0.8

RunMode

1

0.2

0.4

0.6

1

Vinteg03

0.6

0.8

0.4

0

0.2

0 0.0002 0.0004 0.0006 0.0008 0.001 0.0012 0.0014 0.0016 0.0018 0.002Time (s)

ía

En los biestables RS de la Figura 1-123 se almacenará si ha tenido lugar o no alguna

de las 3 condiciones medidas (polaridad invertida, cortocircuito, batería cargada o

batería no presente).

Figura 1-124 (a) RunModeEventCtrl en la parte superior y (b) rampa durante la que se hacen las comprobaciones antes de iniciar la carga de la bater



26 de 49

Protecciones

En cada ciclo de ejecución del programa de control se comprobará si se produce

alguna de las siguientes situaciones durante el proceso de carga:


151



Batería no presente

Si se produjese alguna de estas circunstancias se detendrá el proceso de carga. El

subcircuito de control de la Figura 1-125 lleva a cabo estas comprobaciones y detiene

el proceso de carga si fuese necesario. Una entrada es la variable RunMode porque

estas comprobaciones se llevan a cabo si el proceso de carga está iniciado.

NoICCyNoPolInv

IccOPolInvVmed

RunMode

Ibat

Reset

PolInv

CortocInic

Cortocircuito

PolaridadInvertida

ReleBatIndCargando

FP_RunModeEventCtrl

PolaridadInvertidaIbat

CortocInic

PolInv

FP_RunModeEventCtrl

ReleBatIndCargando

C circuito

Icc

NoICCyNoPolInvRunMode

Vmed

orto

OPolInvReset

Figura 1-125 Subcircuito que implementa las protecciones

El contenido del subcircuito de la Figura 1-125 se puede ver en la Figura 1-126.




152

Figura 1-126 Contenido del subcircuito de la Figura 1-125

VC

orto

circ

uito

Run

Mod

e

Icc0

1

Icc0

2

Bie

stab

leR

SP

orF

lanc

o02

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stab

leR

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orF

lanc

o03

Sign

-0.5

Bie

stab

leR

SP

orF

lanc

o01

Ibat

Run

Mod

e

R

Q

S R

Q

S R

Q

S

Cor

toc

Pol

ari

ircui

to

dad

inve

rtid

a

Rel

é ba

terí

a /

indi

cado

r

de

car

ga

Run

Mod

e

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ed

Res

et

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Mod

e

Ibat

Ibat

Cor

tocI

nic

Pol

Inv

NoI

CC

yNoP

olIn

v

IccO

Pol

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Cor

toci

rcui

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Pol

arid

adIn

vert

ida

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eBat

IndC

arga

ndo

Ext

inci

o

Run

Mod

e

IBat

FP

_Run

Mod

eE

nCor

rien

te

vent

Ctr

l

P_R

unM

odeE

vent

Ctr

lF




153

De arriba hacia abajo, si se coloca el lado más largo de la Figura 1-126 en horizontal,

en el circuito de la Figura 1-126 se realizan las siguientes comprobaciones:

Tensión en la batería es superior a la de cortocircuito.

o En caso afirmativo se pondrá a 1 la salida del biestable RS

correspondiente, el situado en la parte superior de la Figura 1-126.

Corriente de la batería mayor de la establecida, se alcanza en caso de

producirse un cortocircuito.

o En caso afirmativo se pondrá a 1 la salida del biestable RS

correspondiente, el de la parte central en la Figura 1-126.

Corriente de la batería mayor de la corriente de cortocircuito. Si la corriente

sigue creciendo habiéndose detectado que se llegó ya a la corriente de

cortocircuito puede ser debido a una inversión de la polaridad de la batería.

o En caso afirmativo se pondrá a 1 la salida del biestable RS situado en

jen de

suministrar energía a la batería.

Por seguridad, se desconectará la batería del cargador hasta que el usuario del

cargador subsane el defecto (el usuario será informado del defecto mediante

diodos led, su descripción se puede ver en 0 Salidas para señalización).

La corriente que atraviesa la batería es suministrada a la misma a través de una

bobina. La desconexión de la batería en el mismo instante en que se detecta el fallo

provocaría una rápida destrucción de los contactos del contactor que

conecta/desconecta la batería del cargador, por lo que se procederá de la siguiente

manera:

Si la situación detectada es cortocircuito se paran los convertidores y se

espera a q perios) para

la parte inferior de la Figura 1-126.

Cualquiera de las detecciones anteriores provocará:

El paro del proceso de carga.

El cese de las señales de puerta de los convertidores para que de

ue la corriente tome un valor bajo (del orden de miliam

cortar con seguridad.

Si la situación detectada es polaridad invertida se abre el contactor, pues, de

no hacerlo, la corriente seguiría creciendo.



29 de 49

El circuito encargado de asegurarse de que la corriente por la batería tome valores

seguros es el que aparece en la parte derecha de la Figura 1-126, cuyo contenido se


IBatMaxCorte

|x|

BiestableRSPorFlanco05

1z

fs_CC_Bat

1z

fs_CC_Bat R

Q

S

RunMode

IBat

Ext eincionCorrient

FP_RunModeEventCtrl

Se puede ver en el circuito de la Figura 1-127 que se actúa sobre un biestable RS que

dará permiso para que la corriente se extinga de manera natural cuando se da la orden

de apagado del convertidor y cuando se llega a un valor suficientemente bajo

BatMaxCorte en la Figura 1-127) se da la orden de apertura del contactor.

Determinación del final del proceso de carga

Durante los pulsos de descanso en la carga de la batería se medirá la tensión de la

así su estado de carga y determinar cuándo se llega al final de

Figura 1-127 Subcircuito encargado de desconectar la batería cuando la corriente que la atraviesa toma un valor seguro para el contactor

(I

misma para comprobar

la carga.


154

RunMode

VPDesc

Vmed

BatCargadaAlInicio

FinCarga

BatCargadaAlInicio

FinCarga

RunMode

Vmed

VPDesc

FP_RunModeEventCtrlFP_RunModeEventCtrl

Figura 1-128 Subcircuito de control para determinar el final de la carga

El subcircuito de la Figura 1-128 tiene las siguientes entradas:

RunMode: sólo se medirá la tensión en la batería para determinar si está

cargada durante el pulso de descanso, para ello tiene que estar el convertidor

en marcha (esto ocurre cuando RunMode=1).




155

Vmed: la tensión medida en la batería.

VPDesc: señal que provoca los pulsos de descarga para que cuando finalice el

pulso de descarga se mida la tensión en la batería.

BatCargadaAlInicio: señal que indica si la batería está cargada al inicio, si

esta señal está activada también se finalizará la carga (FinCarga se pondrá a

1).

FP_RunModeEventCtrl: cuando esta señal es 1 indica un flanco ascendente

en la señal de marcha, lo que pondrá a 0 el biestable RS que memoriza la

detección del final de la carga.

El contenido del subcircuito de control de la Figura 1-128 es el que se indica en la

Figura 1-129. El integrador de la parte izquierda de la Figura 1-129

transcurre un tiempo desde que s hacer 0 la corriente hasta que se

es para, de

nuevo, generar una rampa y esperar a que se extinga la corriente por la batería, pues

e da la orden de

hace 0.



31 de 49

Fin

Car

ga


156

Figura 1-129 contenido del subcircuito de control de laFigura 1-128

MUX

1

K

1000

/TM

edB

at

zfs

_CC

_Bat

Run

Mod

e

VP

Des

c

Vba

tCar

gada

Vm

ed

Bat

Car

gada

AlIn

icio

fs_C

C_B

atF

P_R

unM

odeE

vent

Ctr

l

Run

Mod

e

RS

Q

Run

Mod

eR

unM

ode

Vm

edV

med

VP

Des

cV

PD

esc

Bat

Car

gada

AlIn

icio

FP

_Run

Mod

eEve

ntC

trl

Bat

Car

cio

gada

AlIn

i

Fin

car

ga

FP

_Run

Ctr

lM

odeE

vent




157

eguladores para cada convertidor

La actuación sobre las señales de puerta de los transistores del circuito de potencia

a

ahora son correctas. Para implementar los reguladores que comenzaron siendo

e tiempo continuo (transformada de Laplace) a

empo discreto (transformada z). Para llevar a cabo este paso se p ede rec

cualquiera de los 2 métodos numéricos que se indican en la Figura 1-130.

R

para que el circuito cargue la batería se hará si las comprobaciones efectuadas hast

analógicos, es necesario pasar d

ti u urrir a

1-130 Dos métodos numéricos para obtener un regulador en z equivalente a un PIFigura en s

Se ha elegido el método implícito de Euler / Figura 1-130 (c) porque tiene la ventaja

de poder empezar o parar la integración como se indica en la Figura 1-131.



33 de 49

Kk1

K

k3

1zfs

MUX

sel

d0

d1

0 detiene la acción del integrador (se obtiene 0 a la salida)1 permite la acción normal del integrador

1-131 Regulador en z equivalente a un PI en s (método implícito de Euler) con mFigura archa y paro en el integrador

Los subcircuitos de control de los reguladores actuarán sobre los drivers, que

enviarán las señales de puerta de los transistores del circuito de potencia, Figura

1-132.


158

APWM

Vge1

Vge2

F28335

APWM 1 (GPIO5)

APWM

F283

APWM 2 (GPIO7)

Regulador para el CC/CC con aislamientogalvánico mediante transformador.

35

Regulador para el convertidor quecorrige el factor de potencia.

Imed

NoICCyNoPolInv

RunMode VPDesc

VabsVred

VcPFC

IlPFC

RunMode

RunMode

VoCCTrans

VSinITank

D0

D7

D0DOU

D6

T

D1D2

D7

D1D2

D3D4D5

D3D4D5D6

F28335

GPIO32

GPIO41

GPIO36GPIO35GPIO33

GPIO40GPIO39GPIO38

Imed

NoIcc

Vm1

YNoPolInv

RunMode VPDesc

Vm2

Reguladores para el convertidor que generalos pulsos de corriente en la batería.

Drivers

Vgs1

Vgs2

Vgs3

Vgs4

Vge01

Vge02

Arranque

VSinITankVgs2

Vgs1VoCCTrans

RunMode Vgs4

Vgs3

IlPFC Arranque

Vge02

Vge01VabsVred

VcPFCRunModePFC

RunMode RunModePFC

SP a los drivers

Convertidor que genera los pulsos de corriente en la batería

El contenido del subcircuito regulador para el convertidor que genera los pulsos de

corriente en la batería se puede ver en la Figura 1-133.

Figura 1-132 Reguladores para cada uno de los tres convertidores y salidas del D




159

Figura 1-133 Subcircuito del regulador del convertidor que genera los pulsos de corriente en la

batería

10.0

1

-0.0

1 10.0

1

-0.0

1

Iref

K_I

med

K _at

k1_P

IC

CR

ed_B

K CC

tk3

_PI_

Red

_Ba

1 z

fs_C

C_B

at

MUX

K I__B

atk1

_PC

CE

lev

K _at

k3_P

IC

CE

lev_

B1 z

fs_C

C_B

at

MUX

Run

Mod

e

Run

Mod

e

MUX

MUX

K

ICar

ga/Ir

ef

NoI

CC

yNoP

olIn

v NoI

CC

yNoP

olIn

v

Run

Mod

e

MUX

MUX

Vm

1

VP

Des

c

Vm

2

Imed

NoI

ccY

NoP

olIn

v

Run

Mod

eR

unM

ode

NoI

CC

yNoP

olIn

v

Gen

erad

orpu

lsos

car

gaG

ener

puls

osad

or d

esca

rga




160

ura 1-133 el regulador en lazo cerrado

de carga y descarga

patrones para los de la batería. Los multiplexores de la Figura 1-133 tienen como

función evitar que los integradores sigan integrando cuando no deben actuar. Las 2

salidas de este circuito son el equivalente a las ondas moduladoras en un circuito

analógico. Estas 2 señales se llevarán (como se puede ver en la parte superior de la

Figura 1-132) a 2 generadores PWM (APWM en la Figura 1-132). Estos generadores

descargan de trabajo al DSP, pues son circuitos dedicados exclusivamente a esa

misión. Las señales de los otros transistores se envían a través de salidas digitales

porque se ha seguido una estrategia de control diferente.

Convertidor CC/CC con aislamiento galvánico mediante transformador de alta frecuencia

El contenido del subcircuito regulador para el convertidor CC/CC con aislamiento

Se puede ver en la parte superior de la Fig

correspondiente al convertidor que genera los pulsos de carga. En la parte inferior

está situado el regulador en lazo cerrado correspondiente al convertidor que genera

los pulsos de descarga. En la parte derecha se generan los pulsos

galvánico mediante transformador se puede ver en la Figura 1-134.

z

SamplingRateCC_CCTrans

0

z


0

Kk1CC_CCTrans

Kk3CC_CCTrans

1z


MUX

MUX

1

K100

z

VoCCTrans

VSinITank

RunModeVoMedida


VerrVref VTon

1z


Vgs1

Vgs2

Vgs3

Vgs4

Figura 1-134 Subcircuito del regulador para el convertidor CC/CC acoplado por transformador

de alta frecuencia




161

La entrada VSinITank es el valor de la corriente en el circuito resonante, en

principio, esta corriente será sinusoidal, se comparará con 0 y se tendrá una onda

cuadrada que será la señal del transistor Msft01 de la Figura 1-135. Su

complementaria será la señal del transistor Msft03 de la Figura 1-135. Para conseguir

la resonancia se ajustará el ancho del pulso de tensión aplicada al circuito resonante,

mediante el valor de VTon, valor proporcional al tiempo de desfase entre las señales

de los transistores 1-3 y 2-4. VTon se obtiene del regulador en z.

11RLdRCs

RCp

IXYS IXFN132N50P3Msft01

PcondMsft01

PswMsft01

PcondD_Msft01

PcondD_Msft01


PcondMsft02

PswMsft02

PcondD_Msft02

PcondD_Msft02


PcondMsft03

PswMsft03

PcondD_Msft03

PcondD_Msft03IXYS IXFN132N50P3Msft04

PcondMsft04

PswMsft04

PcondD_Msft04

PcondD_Msft04

Itank

2mCo_PFC

Rpar

+

-

VTank

Figura 1-135 Transistores del lado del primario en el convertidor CC/CC resonante con

transformador de alta frecuencia

Para ver mejor cómo actúa este circuito de control se ha simulado solamente el

circuito de control de la Figura 1-134 con 2 valores diferentes de VTon para que se

pueda ver cómo cambia VTank de la Figura 1-135.

En las últimas gráficas de la Figura 1-136 y de la Figura 1-137 se puede ver que el

tiempo durante el que la tensión aplicada al circuito resonante es distinta de 0 es

directamente proporcional al valor de VTon. Los valores de VTon y de las salidas de

los integradores (junto con las señales de puerta que integran) se pueden ver en la

parte superior de la Figura 1-136 y de la Figura 1-137.



37 de 49

0

0.2

0.4

0.6

0.81

Vg

s1V

Inte

gD

ig1

*10

00

0/7

VT

on

*10

00

0/7

0

0.2

0.4

0.6

0.81

Vg

s3V

Inte

gD

ig2

*10

00

0/7

VT

on

*10

00

0/7

0

0.2

0.4

0.6

0.81

Vg

s2

0

0.2

0.4

0.6

0.81

Vg

s4

00

.00

2


162

0.0

04

Tim

e

0.0

06

0.0

1

(s)

0.0

08

0

-50

-10

0

50

10

0

VT

an

k

Figura 1-136 Resultado de la simulación del circuito de la Figura 1-134 con un valor pequeño

(100μV) de VTon



38 de 49

0

0.2

0.4

0.6

0.81

Vg

s1V

Inte

gD

ig1

*10

00

0/7

VT

on

*10

00

0/7

0

0.2

0.4

0.6

0.81

Vg

s3V

Inte

gD

ig2

*10

00

0/7

VT

on

*10

00

0/7

0

0.2

0.4

0.6

0.81

Vg

s2

0

0.2

0.4

0.6

0.81

Vg

s4

00

.00

20

.00

60

.00

80

.01

Tim

e (

s)


163

0.0

04

0

-50

-10

0

50

10

0

VT

an

k

Figura 1-137 Resultado de la simulación del circuito de la Figura 1-134 con un valor grande

(400μV) de VTon




164

Convertidor CA/CC corrector del factor de potencia

El contenido del subcircuito de control del regulador que controla el corrector del

factor de potencia se puede ver en la Figura 1-138.

Figura 1-138 Regulador del corrector del factor de potencia

Vab

sVre

d

VcP

FC

IlPF

C

Vo_

ref

|x|

VA

rran

que

8.9

0.1

VC

arr0

11

10

Kk1

_PF

C_P

I_V

Kk3

_PF

C_P

I_V

1 z

Sam

plin

gRat

ePF

C

MUX

K

k1_P

FC

_PI_

I

K

k3_P

FC

_PI_

I

1 z

Sam

plin

gRat

ePF

C

MUX

Vou

t

Vre

fV

err

IL

|Vre

d|

VmVC

arr0

1

VC

arr0

2

Vge

01

Vge

02

Arr

anqu

e

Run

Mod

ePF

C

Run

Mod

e




165

El comparad el relé que

Salidas para señalización

Por último se tienen las salidas digitales correspondientes a la señalización (mediante

diodos led) y la salida que actuará sobre el relé que conecta la batería al circuito de

carga.

or situado en la parte inferior de la Figura 1-138 actúa sobre

puentea la resistencia limitadora. El comparador, junto con el relé, tienen la misión

de hacer que la corriente circule o no a través de la resistencia limitadora colocada

entre la red y el cargador para que cuando el condensador que carga el corrector del

factor de potencia esté descargado no se produzca un pico muy elevado en la

corriente demandada de la red.

CerrarBatD0

D6D7

D0DOUT

D1D2D3D4D5

D7

D1D2D3D4D5D6

F28335

GPIO31GPIO30GPIO29GPIO28

FinCarga

Relé batería y led indicador de cargaLed indicador de cortocircuito / batería no presenteLed indicador de polaridad inversaLed indicador de fin de carga

CortocircuitoPolaridadInvertida

ReleBatIndCargando

Figura 1-139 Salidas digitales para el relé que conecta la batería al cargador y los diodos led de

señalización

Fuente de alimentación para los circuitos de control

Para alim

alimentar a:

Sensores de corriente y su circuito de acondicionamiento, consumo

previsto de 6x20mA=120mA.

Fuente de alimentación aislada HPR110 para los amplificadores de

aislamiento, consumo previsto de 4x20mA=80mA.

Bobinas de los relés, consumo previsto de 2x66’7mA + 485mA.

Alimentación del DSP, consumo previsto de 300mA.

2. -12V con la misma referencia que el dsp con un consumo estimado de

818’4mA por alimentar a:

Acondicionamiento de sensores de corriente, para los amplificadores

operacionales, consumo previsto de 3x20mA=60mA.

entar los circuitos de control, así como los drivers de los transistores y las

bobinas de los relés, debe disponerse de las siguientes tensiones:

1. +12V con la misma referencia que el dsp con un consumo estimado de

818’4mA por




166

on la misma referencia que el dsp con un consumo estimado de

.

sumo estimado de 50mA para alimentar a los

el CC/CC que carga la batería.

entos de potencia, se decide construir una fuente de

3. +20V c

150mA por alimentar a:

Drivers de transistores, consumo previsto de 150mA

4. +20V aislado del dsp con un con

drivers de los transistores d

Con estos bajos requerimi

alimentación estabilizada mediante reguladores lineales de tensión. Dadas las

necesidades de aislamiento en algunos circuitos, la topología del CA/CC elegida es la

de la Figura 1-140.

Vred

+20V

+12V

-12V

+20V

Figura 1-140 Topología del CA/CC para la alimentación de los circuitos de control

En todas las salidas de la fuente de la Figura 1-140 se utiliza el regulador lineal de

tensión ajustable LM317, que puede suministrar 1’5A a su salida. No es necesaria

tanta corriente en ninguna de las salidas, pero se dimensionará la fuente para que los

reguladores de tensión puedan funcionar a su potencia máxima, por si se tuviese que

disponer de alguna funcionalidad más que requiriese un mayor consumo en la parte

de control.




167

Para dimensionar cada una de las salidas del convertidor CA/CC de la Figura 1-140

se ha utilizado la aplicación OrCAD V10.5, obteniéndose s siguientes resultados:

Salida de +20V

lo

:

El circuito para esta salida es el de la Figura 1-141.

V1

FREQ = 50VAMPL = 30VOFF = 0

R1240

R23558

C21760u

R313.3

D1BYV27-1001

2

D2BYV27-1001

2

D3BYV27-1001

2

D4BYV27-1001

2

VIN VOUT

ADJ

U2

LM317K

C31760u

0

D5

D1N4002

D6D1N4002

C415u

Figura 1-141 Salida de +20Vdc del CA/CC de la Figura 1-140

La salida de este CA/CC se ha conectado a una resistencia de 13.3Ω para provocar

una corriente de 1’5A a 20V.

Los diodos D5 y D6 del circuito de la Figura 1-141 son para proteger al regulador de

tensión:

El diodo D5 sirve para evitar que un cortocircuito en la entrada del regulador

LM317 provoque la descarga de C2 a través del regulador, puesto que provocaría

su destrucción.

El diodo D6 sirve para evitar que el condensador C4 se descargue a través del

regulador LM317 si se produce un cortocircuito en la salida.

La combinación de D5 y D6 evita la descarga del condensador C2 a través del

regulador LM317 ante un cortocircuito en la entrada del regulador.

Los condensadores utilizados son de 2.200μF con una tensión máxima de 35V (ver

Figura 1-142), pero se ha llevado a cabo la simulación con 2.200μF ∙0’8 = 1.760μF

porque los condensadores reales que se utilizarán tienen una tolerancia bastante




168

grande, del ±20% r que incluso , y se ha simulado el caso más desfavorable, para ve

en ese caso el montaje es válido.

Time

0s

50ms

100ms

150ms

200ms

250ms

300ms

350ms

400ms

450ms

500ms

550ms

V(C3:2)

V(D6:2)

0V

5V

10V

15V

20V

25V

30V

sal

ida

sado

r de

el c

onde

nT

ensi

ón e

n

Ten

sión

en

el c

onde

nsad

or d

e

ent

rada

Figura 1-142 La tensión en el condensador de entrada no supera los 28.2V y en el de salida 20V



44 de 49

La potencia que disipan las resistencias para ajustar la salida del regulador LM317 no

llega a 100mW de potencia (Figura 1-143), así que pueden ser resistencias de 1/4W o

incluso de 1/8W.

Time


169

0s

50ms

100ms

150ms

200ms

250ms

300ms

350ms

400ms

450ms

500ms

550ms

W(R1)

W(R2)

0W

10mW

20mW

30mW

40mW

50mW

60mW

70mW

80mW

90mW

100mW

Pot

enci

a di

sipa

da e

n R

1

cia

disi

p

ida

ada

en R

2P

oten

Figura 1-143 Potencia disipada en las resistencias para el ajuste de la tensión de sal




170

inversa en los diodos del rectificador En la Figura 1-144 se puede ver que la tensión

no supera los 30V y los diodos utilizados pueden soportar 100V de tensión inversa.

Time

0s

4ms

8ms

12ms

16ms

20ms

24ms

28ms

32ms

36ms

40ms

44ms

48ms

52ms

56ms

60ms

V(D1:A,D1:K)

-30V

-25V

-20V

-15V

-10V

-5V

0V

5V

Figura 1-144 Tensión inversa en uno de los diodos del rectificador




171

La corriente por uno de los diodos de ctificador puede verse en la Figura 1-145:

IFSMrequerida= 18A < IFSMdiodo = 50A IFRMaplicación < 10A <IFRMdiodo = 15A

IFAVaplicación< 0’8A <IFAVdiodo =2A, las características eléctricas del diodo son válidas.

l re

Time

0s

5ms

10ms

15ms

20ms

25ms

30ms

35ms

40ms

45ms

50ms

55ms

60ms

65ms

70ms

75ms

80ms

avg(I(D1:A))

I(D1:A)

-2A

0A

2A

4A

6A

8A

10A

12A

14A

16A

18A

Cor

rien

te in

stan

táne

a

Cor

rien

te m

edia

Figura 1-145 Corriente por uno de los diodos del rectificador




172

Cálculos térm

den disipar los diodos del puente rectificador

icos:

Se calcula la potencia máxima que pue

(BYV27-100) utilizados sin radiador a partir de la hoja de características de estos

diodos como se indica en (1.65).

máx

j c c a

j ambiente

th th

T T 150º C 0 '8 50º C1'4W

º C º CR R 5 45W W

(1.65)

En esta aplicación la potencia que disipan los diodos del puente rectificador obtenida

de la simulación es de en torno a 1W, de manera que vale el diodo desde el punto de

vista térmico.

En el caso del regulador LM317 se tiene que la potencia máxima que puede disipar

sin radiador se calcula en (1.66).

máx

j a

j ambiente

th

150º C 0 '8 50º C1W

º CR 70W

T T(1.66)

En esta aplicación la potencia obtenida de simulación es de 8W, luego sin radiador

no se puede usar. Si se utiliza el radiador Aavid Thermalloy 530002B02500G con

una resistencia térmica de 2’6ºC/W, se tiene que la potencia máxima que se puede

disipar en el regulador LM317 es la que se indica en (1.67).

máx

j c c ath thR R 5 2 '6W W

j ambienteT T 150º C 0 '8 50º C9 '21W

º C º C

(1.67)

regulador

LM317 para esta aplicación.

Con el radiador Aavid Thermalloy 530002B02500G se puede utilizar el




173

Salida de +12V y -12V:

El circuito para esta salida es el de la Figura 1-146.

V1

FREQ = 50VAMPL = 20VOFF = 0

R1240

R22040

C22640u

R38

D1BYV27-1001

2

D2BYV27-1001

2

D3BYV27-1001

2

D4BYV27-1001

2

VIN VOUT

ADJ

U2

LM317K

C32640u

D5

D1N4002

D6D1N4002

C415u

0

Figura 1-146 Salida de +12Vdc del CA/CC de la Figura 1-140

La salida de este CA/CC se ha conectado a una resistencia de 8Ω para provocar una

corriente de 1’5A a 12V.

Si se repiten los cálculos con los datos obtenidos a partir de la simulación y los

parámetros de las hojas de características de los componentes utilizados, se tiene lo

siguiente:

Tensión máxima en los condensadores: C3 18V < Vcondensador elegido = 25V.

Capacidad nominal del condensador elegido: 2.300μF, como la tolerancia es del

20% se ha simulado con el caso peor, 2.300μF∙0’8=2.640μF y los resultados son

satisfactorios.

IFSMrequerida= 17A < IFSMdiodo = 50A IFRMaplicación < 9A <IFRMdiodo = 15A

I < 0’8A <I =2A, las características eléctricas del diodo son

Las resistencias para ajustar la potencia siguen siendo válidas las de 1/4W.

FAVaplicación FAVdiodo

válidas para la aplicación.

En (1.65) se comprobó que los diodos pueden disipar 1’4W y en esta aplicación,

según se obtiene de la simulación, disipan en torno a 1W, así que desde el punto

de vista térmico valen los diodos.




174

El regulador LM317 disipa 6.5W en la aplicación y se vio en (1.67) que con el

radiador Aavid Thermalloy 530002B02500G puede llegar a disipar 9’21W, así

que se utiliza de nuevo este radiador.

Transformador:

De los resultados obtenidos mediante simulación se deduce la necesidad de un

transformador con las características indicadas en la Figura 1-147.

uerido para la alimentaciónFigura 1-147 Transformador req de los circuitos de control desde una red de 230Vac f=50Hz



s 1 de 14 Anejo de justificación de precio

175

Anejo de justificación de precios




176

..................... 177 Unidad de obra nº 2: Convertidor CC/CC generador de los pulsos de

corriente para la batería....................................................................... 179 Unidad de obra nº 3: Circuito de control basado en DSP ...................... 182 Unidad de obra nº 4: Fuente de alimentación para circuitos de control. 184 Partida Alzada nº 1: Otros materiales .................................................... 186 Partida Alzada nº 2: Diseño del sistema ................................................ 187 Producción en serie ................................................................................ 188

ANEJO DE JUSTIFICACIÓN DE PRECIOS

Objetivo.................................................................................................. 177 Unidad de obra nº 1: Convertidor CA/CC con corrección activa del factor

de potencia y CC/CC resonante .....................................




177

Objetivo

El objetivo de este anejo es la determinación de los precios de las distintas Unidades

de Obra y Partidas Alzadas, precios que, una vez obtenidos, servirán para la

confección de los Cuadros de Precios del presente proyecto.

Unidad de obra nº 1: Convertidor CA/CC con corrección activa del factor de potencia y CC/CC resonante

Esta unidad de obra comprende:

1. La fabricación de la placa de circuito impreso.

2. El montaje y soldadura de los componentes sobre la misma.

3. Colocación de radiadores.

4. Verificación del correcto funcionamiento.

El c la

Tabla 1-18.

álculo del coste de los materiales de esta Unidad de Obra se lleva a cabo en

Tabla 1-18 Cálculo del coste de materiales de la Unidad de Obra nº 1

Descripción Precio

unitarioCantidad Total

Condensador cerámico 1μF 50V 1,21 € 1 1,21 €Condensador cerámico 0,1μF 50V 0,87 € 1 0,87 €Condensador electrolítico de aluminio 1000μF 450V 22,84 € 2 45,68 €Condensador electrolítico de tántalo 47μF 50V 0,83 € 4 3,32 €Condensador electrolítico de tántalo 4,7μF 50V 0,54 € 1 0,54 €Diodo RURP1560 1,32 € 2 2,64 €Diodo MUR860 1,01 € 4 4,04 €Diodo 1N4007 0,16 € 2 0,31 €Conector DB9 acodado para montaje en PCB 1,01 € 1 1,01 €Conector DB15 acodado para montaje en PCB 1,13 € 1 1,13 €Relé Omron EN-G4W-01 7,57 € 1 7,57 €Relé Omron EN-G4W-02 9,22 € 1 9,22 €Bobina 0,6mH 12A 10,04 € 2 20,08 €Bobina 10mH 10A 7,26 € 1 7,26 €Bobina 8uH 4A 4,21 € 1 4,21 €Conector Harting pcb 2112458 1,15 € 1 1,15 €Conector Harting pcb 2112953 1,42 € 1 1,42 €Conector Harting pcb 2112654 1,89 € 1 1,89 €Transistor Mosfet IXYS IXFN132N50P3 48,42 € 4 193,68 €IGBT Infineon 15N60 12,40 €6,20 € 2 Resistencia 5,9 ohmios 50W E24 TE-Connectivity HSA505R6J 3,29 € 1 3,29 €




178

Descripción Precio

unitarioCantidad Total

Resistencia 4,13 Mohmios 0,25W E24 película de carbón 0,19 € 1 0,19 €Resistencia 30 Kohmios 0,25W E24 película de carbón 0,11 € 3 0,33 €Resistencia 3,6 Kohmios 0,25W E24 película de carbón 0,15 € 2 0,30 €Resistencia 2,4 Kohmios 0,25W E24 película de carbón 0,15 € 4 0,60 €Resistencia 1,8 Kohmios 0,25W E24 película de carbón 0,15 € 4 0,60 €Resistencia 600 ohmios 0,25W E24 película de carbón 0,15 € 2 0,30 €Resistencia 300 ohmios 0,25W E24 película de carbón 0,15 € 4 0,60 €Amplificador de aislamiento Texas Instruments ISO-122P 22,04 € 1 22,04 €Fuente de alimentación aislada Murata HPR110C 9,40 € 1 9,40 €Sensor de efecto Hall Honeywell CSLA1CD 20,52 € 1 20,52 €Sensor de efecto Hall Honeywell CSLA2CE 19,91 € 1 19,91 €Driver International Rectifier IRS2186S 3,43 € 2 6,86 €Amplificador Operacional Texas Instruments OPA27 7,43 € 2 14,86 €Driver International Rectifier IRS44262SPBF 2,56 € 1 2,56 €Optoacoplador MOS Toshiba TPL222-A 0,98 € 2 1,96 €Transformador 100KHz 3,7KVa 1:1 260,00 € 1 260,00 €Radiador Aavid Thermalloy 6400BG 2,00 € 6 12,00 €Radiador Aavid Thermalloy 533522B02552G 4,71 € 1 4,71 €Radiador Eastern flexiBrute 5,4 10,21 € 4 40,84 €Total coste materiales 741,50 €

La mano de obra necesaria para llevar a cabo los trabajos que comprende esta

Unidad de Obra se detalla en la Tabla 1-19.

Tabla 1-19 Cálculo del coste de la mano de obra para la ejecución de la Unidad de Obra nº 1

Descripción Precio/hora Horas Total Peón especialista 19,00 € 20,00 380,00 € Total mano de obra 380,00 €

Los costes de equipo y herramientas para llevar a cabo los trabajos que comprende

esta Unidad de Obra se estiman en un 5 % del coste total de los materiales, tal y

como se indica en la Tabla 1-20.

Tabla 1-20 Cálculo del coste de equipo y herramientas para la ejecución de la Unidad de Obra nº 1

Descripción Precio

unitario Cantidad Total

5 % de materiales 37,08 € 1 37,08 € Total equipo y herramientas 37,08 €




179

L

tal y como se indica en la Tabla 1-

Tabla 1-21 Cálculo de los costes indirectos asociados a la ejecución de la Unidad de Obra nº 1

os costes indirectos que conlleva la ejecución de esta Unidad de Obra se calculan

21.

Descripción Precio unitario Cantidad Total Material de oficina 2,00 € 1 2,00 € Electricidad 1,00 € 1 1,00 € Comunicaciones/Informática 2,00 € 1 2,00 € Imprevistos 10,00 € 1 10,00 € Total costes indirectos 15,00 €

Una vez se han calculado todos los costes asociados a la ejecución de la Unidad de

Obra nº 1, se calcula el coste total de esta Unidad de Obra como se indica en la Tabla

1-22.

Tabla 1-22 Cálculo del coste total unitario de la Unidad de Obra nº 1

Descripción Total Total coste materiales 741,50 € Total mano de obra 380,00 € Total equipo y herramientas 37,08 €

Total costes directos 1.158,58 € Total costes indirectos 15,00 €

Total coste unitario 1.173,58 €

Unidad de obra nº 2: Convertidor CC/CC generador de los pulsos de corriente para la batería









180

El cálculo del coste de los materiales de esta Unidad de Obra se lleva a cabo en la

Tabla 1-23.


Descripción Precio


Condensador electrolítico de aluminio 1000μF 100V 12,86 € 1 12,86 €Condensador electrolítico de tántalo 47μF 50V 0,83 € 2 1,66 €Diodo Fairchild Semiconductor RURP3060 1,15 € 4 4,60 €Conector DB15 acodado para montaje en PCB 1,13 € 1 1,13 €Conector DB9 acodado para montaje en PCB 1,01 € 1 1,01 €Relé Omron EN-G9EA-1 168,22 € 1 168,22 €Bobina 300uH 120A 114,62 € 1 114,62 €Conector Harting pcb 2112458 1,15 € 2 2,30 €Conector Harting pcb 2112953 1,42 € 1 1,42 €IGBT Semikron SKM300GA12E4 484,37 € 2 968,74 €Resistencia 80 Kohmios 0,25W E24 película de carbón 0,15 € 1 0,15 €Resistencia 47 Kohmios 0,25W E24 película de carbón 0,15 € 1 0,15 €Resistencia 3 Kohmios 0,25W E24 película de carbón 0,15 € 3 0,45 €Resistencia 3,6 Kohmios 0,25W E24 película de carbón 0,15 € 1 0,15 €Resistencia 2,4 Kohmios 0,25W E24 película de carbón 0,15 € 1 0,15 €Resistencia 5,6 ohmios 0,25W E24 película de carbón 0,15 € 2 0,30 €Resistencia 280 ohmios 0,25W E24 película de carbón 0,15 € 1 0,15 €Amplificador de aislamiento Texas Instruments ISO-122P 22,04 € 4 88,16 €Fuente de alimentación aislada Murata HPR110C 9,40 € 4 37,60 €Sensor de efecto Hall Honeywell CSLA1DG 45,27 € 1 45,27 €Driver Texas Instruments UCC27210 4,47 € 2 8,94 €Amplificador Operacional Texas Instruments OPA27 7,43 € 2 14,86 €Optoacoplador MOS Toshiba TPL222-A 0,98 € 2 1,96 €Radiador Semikron P3-120 60,30 € 2 120,60 €Radiador Aavid Thermalloy 6400BG 2,00 € 6 12,00 €Total coste materiales 1.607,45 €








181

L e

esta Unidad de Obra se estiman ste total de los materiales, tal y

os costes de equipo y herramientas para llevar a cabo los trabajos que comprend

en un 5 % del co



Descripción Precio unitario Cantidad Total 5 % de materiales 80,37 € 1 80,37 € Total equipo y herramientas 80,37 €

Los costes indirectos que conlleva la ejecución de esta Unidad de Obra se calculan

tal y como se indica en la Tabla 1-26.





1-27.


Descripción Total Total coste materiales 1.607,45 € Total mano de obra 342,00 € Total equipo y herramientas 80,37 €

Total costes directos 2.029,82 € Total costes indirectos 15,00 €





182

Unidad de obra nº 3: Circuito de control basado en DSP





El cálculo del coste de los materiales de esta Unidad de Obra se lleva a cabo en la

Tabla 1-28.


Descripción Precio


Condensador cerámico 0,01μF 50V 0,73 € 1 0,73 €Condensador cerámico 22 pF 50V 0,18 € 2 0,36 €Condensador electrolítico de tántalo 47μF 50V 0,83 € 1 0,83 €Condensador electrolítico de tántalo 4,7μF 50V 0,54 € 2 1,08 €Diodo Schottky Diodes Inc. B340A 0,42 € 1 0,42 €Led Multicomp T1 Green 30Mcd 0,16 € 1 0,16 €Led Multicomp T1 Yellow 30Mcd 0,16 € 1 0,16 €Led Multicomp T1 Red 30Mcd 0,16 € 2 0,32 €Conector DB9 acodado para montaje en PCB 1,01 € 1 1,01 €Conector DB15 acodado para montaje en PCB 1,13 € 1 1,13 €Bobina 120uH 1A 1,08 € 1 1,08 €Conector DB15 acodado para montaje en PCB 1,13 € 2 2,26 €Conector DB9 acodado para montaje en PCB 1,01 € 2 2,02 €Mosfet canal P Vishay Semiconductor Si2301DS 0,23 € 1 0,23 €Transistor On Semiconductor NPN MMBT3904LT1 0,10 € 1 0,10 €Resistencia 20 Kohmios 0,25W E24 película de carbón 0,15 € 2 0,30 €Resistencia 10 Kohmios 0,25W E24 película de carbón 0,15 € 4 0,60 €Resistencia 5,9 Kohmios 0,25W E24 película de carbón 0,15 € 1 0,15 €Resistencia 4,9 Kohmios 0,25W E24 película de carbón 0,15 € 1 0,15 €Resistencia 300 Kohmios 0,25W E24 película de carbón 0,15 € 4 0,60 €Pulsador Multimec Switch PCB 3ATL6 0,52 € 2 1,04 €DSP Texas Instruments TMS320F28335PGF 59,22 € 1 59,22 €Estabilizador de tensión Texas Instruments TPS5410D 4,75 € 1 4,75 €Estabilizador de tensión Texas ents 74801DRC 2,30 € 1 2,30 €InstrumCristal de cuarzo AELS Cristals L001 30MHz 4,52 € 1 4,52 € X30MTotal coste mater 85,51 €iales






183




iman en un 5 % del coste total de los materiales, tal y

nº 3

esta Unidad de Obra se est


Tabla 1-30 Cálculo del coste de equipo y herramientas para la ejecución de la Unidad de Obra

Descripción Precio





Tabla 1-31 Cálculo de los costes indirectos a ejecución de la Unidad de Obra nº 3 asociados a l



Obra n

1-32

º 3, se calcula el coste total de esta Unidad de Obra como se indica en la Tabla

.



Total costes directos 374,79 € Total costes indirectos 15,00 €

Total coste unitario 389,79 €



10 de 14 Anejo de justificación de precios

184

Unidad de obra nº 4: Fuente de alimentación para circuitos de control



.

de los materiales de esta Unidad de Obra se lleva a cabo en la

Tabla 1-33.


2. El montaje y soldadura de los componentes sobre la misma



El cálculo del coste

Descripción Precio


Condensador electrolítico de aluminio 2300μF 50V 0,98 € 4 3,92 €Condensador electrolítico de aluminio 2200μF 50V 0,82 € 4 3,28 €Condensador electrolítico de aluminio 15μF 50V 0,15 € 4 0,60 €Diodo Fairchild Semiconductor 1N4002 0,04 € 8 0,32 €Diodo Vishay Semiconductor BYV27-100 0,37 € 16 5,92 €Conector Harting pcb 2112458 1,15 € 1 1,15 €Conector Harting pcb 2112953 1,42 € 1 1,42 €Resistencia 3,5 Kohmios 0,25W E24 película de carbón 0,15 € 2 0,30 €Resistencia 2,4 Kohmios 0,25W E24 película de carbón 0,15 € 2 0,30 €Resistencia 240 ohmios 0,25W E24 película de carbón 0,15 € 2 0,30 €Regulador lineal de tensión On Semiconductor LM317KC 1,08 € 4 4,32 €Transformador 230/(22+15+15+7) 150VA 40,16 € 1 40,16 €Radiador Aavid Thermalloy 530002B02500G 3,57 € 4 14,28 €Total coste materiales 76,27 €



Tabla 1-34 4 Cálculo del coste de la mano de obra para la ejecución de la Unidad de Obra nº



esta Unidad de Obra se estiman en un 5 % del coste total de los materiales, tal y





185


Descripción Precio






Descripción Precio


Material de oficina 0,20 € 1 0,20 € Electricidad 0,50 € 1 0,50 € Comunicaciones/Informática 0,75 € 1 0,75 € Imprevistos 3,00 € 1 3,00 € Total costes indirectos 4,45 €



1-37.



Total costes directos 270,08 € Total costes indirectos 4,45 €





186

Partida Alzada nº 1: Otros materiales

En cada una de las Unidades de Obra contempladas se han calculado los costes

una de ellas, sin embargo, la ejecución del presente proyecto en su

totalidad requiere utilizar algunos materiales que no son imputables a Unidad de

ejecución del presente proyecto.

Un ejemplo de este tipo de material sería el cableado que se requiere para la

interconexión de las diferentes placas de circuito impreso que conforman el cargador.

Además, se tiene que hay materiales que no se utilizan en su totalidad y, por tanto, no

se consumen completamente, por ejemplo, las placas de circuito impreso no se

venden de la medida exacta necesaria para el presente proyecto, sino que se compran

placas de un tamaño mayor y se utiliza un corte de las dimensiones necesarias. Es

por ello que se ha cuantificado su uso con un “coeficiente de utilización”, que estará

comprendido entre 0 y 1, cuando su valor sea 1 se quiere decir que se consume

totalmente el recurso indicado, mientras que un valor inferior indica que no se llega a

utilizar el 100% del recurso.

La Partida Alzada nº 1 se compone de los materiales que se indican en la Tabla 1-38.

Tabla 1-38 Cálculo del coste de materiales de la Partida Alzada nº 1

asociados a cada

Obra alguna, pero son necesarios para la completa

Descripción Precio

unitario Cantidad

Coeficiente de utilización

Total

Placa de fibra de vidrio y cobre de doble cara 200x300 42,09 € 4 0,9 151,52 €Ca 5,45 € 2 1 10,90 €ble Videk DB9 macho 25cm Cable Videk DB15 macho 25cm 6,48 € 2 1 12,96 €Es €paciador Ettinger M5x20 Ni 0,46 € 8 1 3,68 To M5x10 (caja de 100 ud.) 3,22 € 1 0,1 0,32 €rnillos de acero Total m es partida alzada nº 1 179,39 €aterial

Como esta partida está compuesta únicamente por materiales adquiridos a un

proveedor, no es necesario añadir costes adicionales, coincidiendo el coste de

materiales de esta Partida Alzada con su coste unitario, tal y como se indica en la

Tabla 1-39.

Tabla 1-39 Cálculo del coste total unitario de la Partida Alzada nº 1

Descripción Total





187

Partida Alzada nº 2: Diseño del sistema


1. El diseño del sistema propiamente dicho.

2. Los costes indirectos asociados a dicha actividad.

El coste de mano de obra de esta Partida Alzada se lleva a cabo en la Tabla 1-40.

Tabla 1-40 Cálculo del coste de mano de obra de la Partida Alzada nº 2

Descripción Precio/hora Horas Total Aprendizaje autónomo 24,00 € 70 1.680,00 € Realización de cálculos 24,00 € 40 960,00 € Diseño de esquemáticos 24,00 € 8 192,00 € Diseño de circuitos impresos 24,00 € 8 192,00 € Total mano de obra 126 3.024,00 €



Tabla 1-41 Cálculo de los costes indirectos asociados a la Partida Alzada nº 2

Descripción Precio unitario Cantidad Total Material de oficina 5,00 € 1 5,00 € Electricidad 1,00 € 1 1,00 € Comunicaciones/Informática 6,00 € 1 6,00 € Imprevistos 3,00 € 1 3,00 €

Total costes indirectos 15,00 €

Una vez se han calculado todos los costes asociados a la Partida Alzada nº 2, se

calcula el coste total de esta Partida Alzada como se indica en la Tabla 1-42.

Tabla 1-42 Cálculo del coste total unitario de la Partida Alzada nº 2

Descripción Total Total mano de obra 3.024,00 €

Total costes directos 3.024,00 €Total costes indirectos 15,00 €





188

equipo se fabricase en serie el coste de cada equipo se

vería notablemente reducido, pues se dan las siguientes circunstancias:

1. De la Partida Alzada nº 2, Diseño del sistema, se necesitaría solamente 1

unidad, tanto para producir un único prototipo como para producir una serie

de más unidades.

2. Los costes de los materiales en un proveedor dado son bastante menores si se

adquieren grandes lotes.

3. El método de fabricación en serie es muy distinto al utilizado para producir

un único prototipo. La fabricación en serie es más eficiente en coste

monetario y en tiempo.

Producción en serie

El cálculo de costes llevado a cabo es para la fabricación de un único prototipo en un

entorno de laboratorio. Si el



s 1 de 14 Plano

189

2. PLANOS



s 2 de 14 Plano

190

ÍNDICE DE PLANOS

2.1. Plano 1 de 12: Convertidor CA/CC con corrección activa del factor de potencia y CC/CC resonante (esquemático) ............................................. 191

2.2. Plano 2 de 12: Convertidor CC/CC generador de los pulsos de corriente para la batería (esquemático) ............................................................................ 192

2.3. Plano 3 de 12: Circuito de control basado en dsp (esquemático) ................ 193 2.4. Plano 4 de 12: fuente de alimentación para los circuitos de control

(esquemático) ............................................................................................ 194 2.5. Plano 5 de 12: Convertidor CA/CC con corrección activa del factor de

potencia y CC/CC resonante (placa de circuito impreso) ......................... 195 2.6. Plano 6 de 12: Convertidor CA/CC con corrección activa del factor de

potencia y CC/CC resonante (situación de componentes) ........................ 196 2.7. Plano 7 de 12: Convertidor CC/CC generador de los pulsos de corriente para

la batería (placa de circuito impreso) ........................................................ 197 2.8. Plano 8 de 12: Convertidor CC/CC generador de los pulsos de corriente para

la batería (situación de componentes) ....................................................... 198 2.9. Plano 9 de 12: Circuito de control basado en dsp (placa de circuito

impreso)............. ....................................................................................... 199 2.10. Plano 10 de 12: Circuito de control basado en dsp

(situación de componentes)....................................................................... 200 2.11. Plano 11 de 12: fuente de alimentación para los circuitos de control (placa de

circuito impreso) ....................................................................................... 201 2.12. Plano 12 de 12: fuente de alimentación para los circuitos de control (situación

de componentes) ....................................................................................... 202



Presupuesto 1 de 7

203

3. UPUES

PRES TO



Presupuesto 2 de 7

204

3.1. Introducción ................................................................................................. 205

.......................................... 205 206

..................... 207

..................... 208 ................................................. 209

PRESUPUESTO

3.2. Mediciones .........................................................3.3. Cuadro de Precios Nº 1 ................................................................................3.4. Cuadro de Precios Nº 2 ...........................................................3.5. Presupuesto de Ejecución Material .........................................3.6. Presupuesto de Ejecución por Contrata.......



to 3 de 7 Presupues

205

El documento pres e 3 p

1. Mediciones

3.1. Introducción

upuesto consta d artes:

:

2. Cuadros de prec

Se determina la medición de cada una de las Unidades de Obra previstas

en el proyecto.

Se expone el resultado de la medición resultante.

ios 1 y 2:

Es la relación de los precios de dichas Unidades de Obra y Partidas

Alzadas. El estudio y determinación de quedó plasmado en el Anejo de

3. Presupuestos propiamente dichos

justificación de precios (pág. 175 y siguientes).

:

Son el resultado de la suma de d

de ciertos coeficientes.

3.2. M

los productos e mediciones por precios y

de la aplicación

ediciones


Nom re bVolumen parcial

Volumen total


1 1

UnConvertidor CC/CC generador de los

idad de Obra nº 2 pulsos de corriente para la batería

1 1

Unidad de Obra nº 3 Circuito de control basado en DSP 1 1

Unidad d 1 e Obra nº 4 Fuente de alimentación para circuitos de control

1

Partida Alzada nº 1 Otros m 1 ateriales 1 Partida Alzada ma 1 1 nº 2 Diseño del Siste



to 4 de 7 Presupues

206

3.3. Cuadro de Precios Nº 1

Nº de orden de la unidad


Precio en letra Precio en cifra

Unidad de Obra nº 1 activa del factor de tenta y tres

euros con cincuenta y ocho 1.173,58 €

Convertidor CA/CC con corrección Mil ciento se

potencia y CC/CC resonante

céntimos

Unidad de Obra nº 2

Convertidor Cgenerador d

C/CC e los

pulsos de corriente

Dos mil cuarenta y cuatro euros con ochenta y dos 2.044,82 €

para la batería céntimos

Unidad de Obra nº 3 basado en DSP

euros con setenta y nueve céntimos

389,79 €Circuito de control

Trescientos ochenta y nueve

Unidad de Obra nº 4 Fuente de alimentación para

Doscientos setenta y cuatro euros con cincuenta y tres 274,53 €

circuitos de control céntimos

Partida Alzada nº 1 Otros materiales con treinta y nu im

179,39 €Ciento setenta y nueve euros

eve cént os

Partida Alzada nº 2 Diseño del Sistema eurTres mil tre u

os 00 €

inta y n eve 3.039,





to 5 de 7 Presupues

207

3.4. Cuadro de Precios Nº 2

Unidad de Obra nº 1 Convertidor con c acti de CA/CC orrección va del factor potencia y C onaC/CC res nte

Total coste 741,50 € materiales Total mano 380,00 € de obra Total equip 37,08 €o y herramientas

Total costes directos 1.158,58 €Total costes indirectos 15,00 €



Total coste materiales 1.607,45 €Total mano de obr 342,00 €a Total equi 80,37 €po y herramientas

Total costes 2.029,82 €directos Total costes i 15,00 €ndirectos

Total coste unit 2.044,82 €ario Unidad de Obra nº 3 Circuito e control basado en DSP d

Total coste materiales 85,51 €Total mano de obra 285,00 €Total equipo y herramientas 4,28 €

Total costes directos 374,79 €Total costes indirectos 15,00 €

Total coste un 389,79 €itario Unidad de Obra nº 4 Fuente de alimentación para circuitos de control

Total coste materiales 76,27 €Total mano 190,00 €de obra Total equipo 3,81 € y herramientas

Total costes di 270,08 €rectos Total costes 4,45 € indirectos

Total coste un 274,53 €itario Partida Alzada nº 1 Otros materiales

Total coste materiales 179,39 €Total coste unitario 179,39 €Partida Alzada nº 2 Diseño del Sistema

Total mano de obra 3.024,00 €Total costes directos 3.024,00 €Total costes indirectos 15,00 €



Román Fdo. Guzmán Moreno



to 6 de 7 Presupues

208

ial 3.5. Presupuesto de Ejecución Mater


Designación de la unidad Medición unidades

Precio unitario

Presupuesto


1 1.173,58 € 1.173,58 €


1 2.044,82 € 2.044,82 €

Unidad de Obra nº 3 DSP

1 389,79 € 389,79 €Circuito de control basado en

Unidad de Obra nº 4 Fuente de alimentación para circuitos de control

1 274,53 € 274,53 €

Partida Alzada nº 1 Otros materiales 1 179,39 € 179,39 €Partida Alzada nº 2 Diseño del Sistema 1 3.039,00 € 3.039,00 €

Total 7.101,11 € Control de calidad (1%) 71,01 €

Total Presupuesto de Ejecución Material

7.172,12 €

Asciende el Presupuesto de

setenta y dos euros con doce céntimos.

Ejecución Material a la cantidad de siete mil ciento

Fdo. Guzmán Moren Ro


o mán



to 7 de 7 Presupues

209

trata 3.6. Presupuesto de Ejecución por Con

Presupuesto de Ejecución por Contrata Presupuesto de Ejecución Material 7.172,12 € Gastos Generales (15%) 1.075,82 € Beneficio Industrial (6%) 430,33 € Total Presupuesto Parcial 8.678,27 € I.V.A. (21%) 1.822,44 €

Total Presupuesto de Ejecución por Contrata 10.500,70 €

Asciende el Presupuesto de Ejecución por Contrata a diez mil quinientos euros con

setenta cén



timos.



s 1 de 14 Pliego de condicione

210

4. PLIEGO DE CONDICIONES



Plie 2 de 14 go de condiciones

211

PLIEGO DE CONDICIONES

4.1. Pliego de prescripciones técnicas generales................................................. 212 Objetivo del pliego de condiciones ........................................................... 212 Descripción general del montaje............................................................... 212 Condiciones económicas........................................................................... 213

Abono del proyecto................................................................................ 213 Precios .................................................................................................... 213 Revisión de precios ................................................................................ 214 Penalizaciones ........................................................................................ 214 Contrato.................................................................................................. 214 Responsabilidades.................................................................................. 214 Rescisión del contrato ............................................................................ 215

Causas de rescisión .......................................................................... 215 Liquidación en caso de rescisión del contrato........................................ 215

4.2. Pliego de prescripciones técnicas particulares ............................................. 216 Condiciones de los materiales y equipos .................................................. 216

Especificaciones eléctricas..................................................................... 216 Con ....................... 217 Des ....................... 218

Com ....................... 218 F ....................... 218 Grabación d ................................................................................. 220 Puesta en marcha del sistema................................................................. 220 Conexión y desconexión del sistema ..................................................... 221

Condiciones facultativas ........................................................................... 222

diciones en la ejecución...............................................cripción del proceso .....................................................

pra y preparación de los materiales .........................abricación de las placas de circuito impreso.................

el DSP




212

4.1. PLIEGO DE PRESCRIPCIONES TÉCNICAS GENERALES

Objetivo del pliego de condiciones

El prese

co i

fa

El g

F

S

o

D

L

estableci

1. Compra de todo el material y componentes necesarios (transformadores,

cables, componentes electrónicos, placas...).

2. Fabricación de las placas de circuito impreso.

3. Montaje de los componentes en las placas de circuito impreso

correspondientes, así como cableado.

4. Ajuste y comprobación de las placas de circuito impreso y componentes

cableados, así como comprobación de su funcionamiento.

5. Puesta en marcha del conjunto.

6. Control de calidad del conjunto.

7. Mantenimiento necesario para el buen funcionamiento del sistema.

nte pliego de condiciones, tiene como principal objetivo de regular las

ndic ones entre las partes contractuales, considerando los aspectos técnicos,

cultativos, económicos y legales.

plie o de condiciones contiene, entre otros, los siguientes aspectos:

Obras que componen el proyecto

Características exigibles de los materiales.

Programas para las obras

ormas para medir y evaluar las diferentes certificaciones necesarias para

realizar las obras.

i durante la ejecución de la obra hubiese contratiempos, se pide al director de la

bra, que consulte con el proyectista.

escripción general del montaje

as diferentes partes que forman la obra que realizará el instalador en el orden

do para garantizar el buen funcionamiento del equipo son las siguientes:




213

ipo del

funcionamiento

odas las partes que forman el proyecto, deben estar montadas y ejecutadas por un

etiéndose a las normativas de las comunidades autónomas, países y

comunidades internacionales, dependiendo del lugar donde tenga que funcionar el

equipo.

El proyectista no se hace responsable del incumplimiento de las normativas por parte

del instalador o personal que utilice el conjunto.

Condiciones económicas

Abono del proyecto

En el contrato se deberá fijar detalladamente la forma y plazos que se abonarán las

obras. Las liquidaciones parciales que puedan establecerse tendrán carácter de

documentos provisionales a buena cuenta, sujetos a las certificaciones que resulten

de la liquidación final. No suponiendo, dichas liquidaciones, aprobación ni recepción

de las obras que comprenden.

Terminadas las obras se procederá a la liquidación final, que se efectuará de acuerdo

con los criterios establecidos en el contrato.

Precios

El proyectista presentará, al formalizarse el contrato, la relación de los precios de las

unidades de obra que integran el proyecto, los cuales, de ser aceptados, tendrán valor

contractual y se aplicarán a las posibles variaciones que pueda haber.

Se entiende que estos precios unitarios comprenden la ejecución total de la unidad de

obra, incluyendo todos los trabajos (además de los complementarios) y los materiales

así como la parte proporcional de imposición fiscal, las cargas laborales y otros

gastos repercutibles.

En caso de tener que realizarse unidades de obra no previstas en el proyecto, se fijará

su precio entre el Técnico Director y el Proyectista antes de iniciar el proyecto y se

presentará a la propiedad para su aceptación o no.

Se debe informar a las personas que realizarán el mantenimiento del equ

de las diferentes partes del mismo y del mantenimiento a realizar.

T

instalador, som




214

En el contrato se estab iene derecho a revisión de precios y la

mula a aplicar para calcularla. En defecto de esta última, se aplicará a juicio del

écnico Director alguno de los criterios oficiales aceptados.

Penalizaciones

Por retraso en los plazos de entrega de las obras, se podrán establecer tablas de

penalización cuyas cuantías y demoras se fijarán en el contrato.

Contrato

El contrato se formalizará mediante documento privado, que podrá elevarse a

escritura pública a petición de cualquiera de las partes. Comprenderá la adquisición

de todos los materiales, transporte, mano de obra, medios auxiliares para la ejecución

de la obra proyectada en el plazo estipulado, así como la reconstrucción de las

unidades defectuosas, la realización de las obras complementarias y las derivadas de

las modificaciones que se introduzcan durante la ejecución, éstas últimas en los

términos previstos.

La totalidad de los documentos que componen el Proyecto Técnico de la obra serán

incorporados al contrato y tanto el proyectista como la Propiedad deberán firmarlos

como testimonio de que los conocen y aceptan.

Responsabilidades

El Proyectista es el responsable de la ejecución de las obras en las condiciones

establecidas en el proyecto y en el contrato. Como consecuencia de ello estará

obligado a la demolición de lo mal ejecutado y a su reconstrucción correcta

independientemente de que el Técnico Director haya examinado y reconocido las

obras.

El proyectista es el único responsable de todas las irregularidades que él o su

personal cometan durante la ejecución de las obras u operaciones relacionadas con

las mismas. También es responsable de los accidentes o daños que por errores,

inexperiencia o empleo de métodos inadecuados se produzcan a la propiedad a los

vecinos o terceros en general.

Revisión de precios

lecerá si el proyectista t

fór

T




215

Causas de rescisión

Se consideraran causas suficientes para la rescisión del contrato las siguientes:

1. Muerte o incapacitación del Proyectista.

2. La quiebra del proyectista.

3. Modificación del proyecto cuando produzca alteración en más del 25% del

valor contratado.

4. Modificación de las unidades del montaje en número superior al 40% del

original.

5. La no iniciación del montaje en el plazo estipulado cuando sea por causas

ajenas a la propiedad.

6. La suspensión de las obras ya iniciadas siempre que el plazo de suspensión

sea mayor de seis meses.

7. Incumplimiento de las condiciones del Contrato cuando implique mala fe.

8. Terminación del plazo de ejecución de la obra sin haberse llegado a

completar ésta.

9. Actuación de mala fe en la ejecución de los trabajos.

10. Destajar o subcontratar la totalidad o parte de la obra a terceros sin la

autorización del Técnico Director y la Propiedad.

El Proyectista es el único responsable del incumplimiento de las disposiciones

vigentes en la materia laboral respecto de su personal y, por tanto, de los accidentes

que puedan sobrevenir y de los derechos que puedan derivarse de ellos.

Liquidación en caso de rescisión del contrato

Siempre que se rescinda el Contrato por cualquiera de las causas indicadas, o bien

por acuerdo de ambas partes, se abonará al Proyectista las unidades de obra

ejecutadas y los materiales acopiados a pie de obra que reúnan las condiciones y sean

necesarios para la misma.

Rescisión del contrato




216

obtener los

posibles gastos s del

antenimiento hasta la fecha de nueva adjudicación.

4.2. PLIEGO DE PRESCRIPCIONES TÉCNICAS PARTICULARES

Condiciones de los materiales y equipos

Especificaciones eléctricas

Conductores eléctricos

La rescisión del contrato llevará implícita la retención de la fianza para

de conservación del período de garantía y los derivado

m

:

Todos los conductores eléctricos utilizados serán del tamaño y características

legales según sea su función.

Los cables de alimentación de la placa de control, pueden ser de 0.5 mm2, con

cables de colores trenzados y con funda.

Los cables de señal serán de 0.25 mm2, tienen que ser trenzados (se pueden poner

apantallados), serán de diferentes colores con funda.

Los cables de potencia y de las protecciones de potencia serán de una sección

mínima de 10mm2 con cables independientes.

Resistencias:

Dado que es estadísticamente imposible obtener un valor exacto para todas las

resistencias, deben ser medidas por su valor y tolerancia. Entonces, es necesario

establecer unos mínimos y máximos de ésta tolerancia.

En el mercado actual las empresas han establecido una escala de gamas de

resistencias en función de la tolerancia permitida. El conjunto de tolerancias más

extendidas en la actualidad son las de 20%, 10%, 5%, aunque también se dispone

de tolerancias comerciales del 1% ó del 0.5%, estas tolerancias suponen un coste

mayor que las anteriores.

Mientras no se indique lo contrario, en el presente proyecto se utilizarán

resistencias con una tolerancia del 5%. En todas estas resistencias, se realizarán

las siguientes comprobaciones:

1. Comprobación del valor óhmico y de las tolerancias.




217

Las resistencias com os

por su tolerancia.

Condensadores

2. Potencia nominal.

probadas, tendrán que estar dentro de los límites establecid

:

La capacidad de los condensadores se mide en Faradios, pero debido a que esta

unidad suele ser muy grande, en la práctica se utilizan submúltiplos de dicha unidad.

Milifaradio (1mF= 10-3F)

Microfaradio (1uF= 10-6F)

Nanofaradio (1nF= 10-9F)

Picofaradio (1pF= 10-12F)

En el caso de los nanofaradios es habitual que los fabricantes utilicen las letras K

(K = 1000) para designarlos, pues utilizan la equivalencia:

1nF = 10-9F = 103∙10-12F = 1KpF.

Es por este motivo, que cuando se vea el valor de K en un condensador, mientras no

se indique lo contrario, su valor se da en nanofaradios.

Un factor importante en los condensadores es su tolerancia. Las tolerancias más

típicas son del 5%, 10% y 20% en la mayoría de condensadores.

Teniendo en cuenta las características del presente proyecto, la tolerancia permitida

se ha establecido en los Anejos a la Memoria para cada condensador.

Condiciones en la ejecución

Todos los materiales escogidos deben ser de calidad, especificados según sea su

función característica. Las principales características de cada componente pueden ser

consultadas en las mediciones que están incluidas en el presupuesto. En el caso que

no se encontrase en el mercado alguno de los componentes (porque están agotados o

se han dejado de fabricar), el instalador encargado del montaje ha de estar

cualificado para sustituirlo por uno equivalente, sin que esto implique una

modificación del sistema o funcionamiento, en caso contrario, se deberá consultar

con el proyectista sobre la viabilidad o no del nuevo sistema.




218

calidad

FR4 de 1mm de grosor.

escripción del proceso

Compra y preparación de los materiales

La compra de los materiales, componentes y aparatos necesarios, debe realizarse con

antelación suficiente para que puedan estar disponibles en el momento del montaje.

Para la estimación del período de antelación será necesario considerar los plazos de

suministro de los proveedores.

Fabricación de las placas de circuito impreso

La fabricación de los circuitos impresos seguirá los procedimientos habituales:

1. Insolado

2. Revelado

3. Atacado

4. Metalizado de las vías (si fuese necesario).

5. Montaje

Hay múltiples variantes para realizar el proceso, pero se recomienda utilizar los

siguientes materiales para la fabricación de las placas de circuito impreso:

Insoladora o lámpara de luz actínica.

Revelador.

Atacador (también se puede utilizar una mezcla de atacador rápido con una

composición en volumen de 33% de HCl, 33% de agua oxigenada 110º de

volumen y 33% de agua corriente).

Placas de circuito impreso de material fotosensible positivo de fibra de vidrio

epóxico de calidad FR4.

Las placas de circuito impreso se realizarán con placas de fibra de vidrio de

D



Pliego de 0 de 14 condiciones 1

219

idrio

epóxico de 1mm m de

grosor.

aterial base de la fibra de vidrio que conforma el soporte de la placa de circuito

impreso ha de cumplir las siguientes especificaciones:

Resistencia superficial mínima de 10-9Ω - 5∙10-10Ω.

Resistencia de paso específica mínima de 1011Ω.

Constante dieléctrica (a 1 MHz) máxima de 5.5 (adimensional).

Factor de pérdidas del dieléctrico (a 1MHz) máximo de 3’5∙10-9

(adimensional).

La adherencia del cobre referida a una pista de 1mm de anchura mínima,

tiene que ser de 14N.

El tiempo de exposición al baño de la soldadura a 260ºC, sin detrimento de

las características del material, debe ser superior o igual a 20 segundos.

Para la fabricación de las placas de circuito impreso se utilizarán los fotolitos

llevados a cabo en la parte de los planos o se realizarán de nuevos siguiendo los

esquemas eléctricos de cada circuito. En el caso de realizar modificaciones en el

diseño del circuito impreso, se tendrán que tener en cuenta las siguientes normas:

La etapa de control se realizará a doble cara y con un plano de masa, así se

evitan las posibles interferencias, mejorando la compatibilidad

electromagnética. Las pistas deben tener una anchura mínima de 0.8mm.

El resto de placas de circuito impreso se pueden realizar a una sola cara, pero

si se realizasen a doble cara, se recomienda poner plano de masa. En las

placas de alimentación de la etapa de control y de potencia, las pistas tendrán

una anchura mínima de 1mm. En la etapa de protecciones de potencia, todas

las pistas tendrán una anchura mínima de 4mm.

Todas las pistas se estañarán antes de realizar la inserción de todos los

componentes.

La placa de circuito impreso ha de ser realizada con material de fibra de v

de espesor, con una capa de conductor de cobre de de 70 μ

El m




220

o Exist permanente dos

conductores eléctricos. Pero el más destacado debido a su facilidad,

seguridad y rapidez, es el de la soldadura realizada con una aportación de

una aleación metálica.

o En la soldadura, la aleación metálica utilizada tiene una gran importancia.

Esta aleación está compuesta por la unión de dos metales, estaño y plomo

en una proporción del 60% y 40% en peso respectivamente. En el

mercado, se encuentra en carretes de hilo de diámetro variable en función

del fabricante. El tamaño del carrete también se encuentra en función de

las necesidades y del fabricante. Este hilo para soldar se conoce

habitualmente con el nombre de estaño.

o Una soldadura con una aportación de estaño, garantiza una conexión

eléctrica.

o Debe no sobrepasarse el tiempo de soldadura en ciertos componentes, ya

que esto puede afectar a su funcionamiento e, incluso, dejarlos

inservibles, llegando a provocar un fallo del conjunto en cualquiera de los

casos.

o El proyectista no se hace responsable de la mala utilización de los

sistemas de soldadura ni de los daños provocados por este motivo.

Grabación del DSP

Se podrá grabar el DSP utilizado (modelo TMS320F28335 de Texas Instruments)

por cualquiera de los métodos que admite el mismo según su hoja de características.

En el presente proyecto se incluyen los archivos necesarios para grabar el programa

desarrollado por el proyectista.

Puesta en marcha del sistema

Una vez se ha montado el sistema, se requiere llevar a cabo las siguientes

operaciones:

Comprobar que las fuentes de alimentación dan las tensiones especificadas.

Soldadura de los componentes:

en varios métodos para poner en contacto




221

tapa de

control, y

Al conectar cualquier placa, se debe comprobar que están bien

interconectadas entre sí (cableado y conector), en caso contrario, se podrían

dañar ciertas partes del circuito.

Conexión y desconexión del sistema

Para la conexión del sistema se recomienda seguir la siguiente secuencia:

1. Conectar las placas entre sí (si no estuviesen ya conectadas).

2. Conectar los componentes de la etapa de potencia (si no estuviesen ya

conectados).

3. Conectar la alimentación de la etapa de potencia.

4. Conectar la alimentación de la etapa de control.

5. Comprobar el funcionamiento del sistema.

Para la desconexión del sistema se recomienda seguir la secuencia inversa a la de

conexión.

El fabricante debe indicar en su manual de utilización o en su documentación

“Equipo conforme a la norma CEI 6100-3-4, garantizado que Rccemín=175 verificado

por el distribuidor”.

El proyectista no se responsabiliza de los problemas derivados de la manipulación

imprudente o incorrecta del sistema.

Comprobar el funcionamiento por partes, comenzando por la e

, por último, conectar la etapa de potencia.




222

Los permisos de carácter obligatorio deben conseguirse por la parte contractual,

uedando la empresa contratante al margen de todas las consecuencias derivadas de

las mismas.

Cualquier retraso producido por el proceso de fabricación por causas debidamente

justificadas que no sean imputables a la empresa contratante, serán aceptadas por el

contratante, no teniendo éste último ningún derecho de reclamación por daños y

prejuicios.

Cualquier retraso no justificado supondrá el pago de una multa por valor del 6% del

impuesto total de fabricación, por cada fracción de retraso temporal (según se

acuerde en el contrato).

La empresa contratante se compromete a proporcionar todas las facilidades al

proyectista para que la fabricación se realice de manera correcta y rápida.

El aparato cumplirá los requisitos mínimos encargados en el proyecto. Cualquier

variación o mejora deberá ser consultada con el técnico diseñador.

Durante el tiempo que se ha estimado la instalación, el técnico proyectista podrá

anunciar la paralización momentánea del proceso si así lo cree oportuno.

Las características de los elementos y componentes serán las especificadas en los

Anejos a la Memoria, teniendo esto en cuenta para su correcto montaje y utilización.

La contratación de este proyecto se considerará válida cuando las dos partes

implicadas, propiedad y proyectista, se comprometan a cumplir las cláusulas del

contrato, por lo tanto, se tendrán que firmar los documentos necesarios, en una

reunión conjunta una vez se haya llegado a un acuerdo.

Los servicios ofrecidos por la empresa contratante se consideran acabados, a partir de

la puesta en funcionamiento del aparato (una vez se hayan realizado las

comprobaciones oportunas para el buen funcionamiento del sistema).

El presupuesto no incluye los costes de tipo energético, ocasionados por el proceso

de instalación, ni las obras en caso que fueran necesarias, que irán a cargo de la

empresa contratante.

Condiciones facultativas

q




223

empresa

instaladora no es com

toda responsabilid uncionamiento del equipo, en caso de que no

e realicen las pruebas necesarias para el buen funcionamiento del sistema.



El cumplimiento de las comprobaciones elementales por parte de la

petencia del proyectista. Estas comprobaciones quedan fuera de

ad derivada del mal f

s



ía 1 de 4 Bibliograf

224

5. BIBLIOGRAFÍA



Bibliografía 2 de 4

225

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Documents

Diseño de un cargador de baterías de alta frecuencia